贾 晨

（山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 临汾 041602）

1 工程背景

干河矿2-126工作面位于+80水平一采区，埋深409～486 m，平均埋深470 m。工作面为倾向长壁式开采，工作面宽度为216 m，可采长度为590 m。所采2#煤层的平均厚度为3.75 m，倾角为7°～11°，平均倾角为9°，2#煤硬度（f）为1.5，属于稳定性煤层。直接顶为10.5 m厚的细粒砂岩，基本顶为14.8 m厚的中粒砂岩，顶板赋存情况见表1。

受工作面上覆坚硬砂岩影响，回采期间采空区后方出现顶板悬露。悬露顶板载荷传递至支架及前方煤壁，致使支架载荷过高、煤壁破碎片帮。当悬露顶板破断时会产生动力冲击，使得矿压显现强烈，威胁工作面的生产安全，需采取措施控制顶板悬露问题。

2 水压致裂技术原理

水压致裂技术本质上来说是在工作面顶板上凿出一定数量的钻孔，在高压水作用下，劈裂悬露的坚硬顶板，弱化采面顶板围岩力学性能，保证采面顶板及时冒落，消除顶板破断引起的动力。

水力压裂技术具有很多自身优势，一方面不会影响采面的生产工作，保证高产高效生产；另一方面水力压裂操作较为安全，技术难度低，且能实现良好的控顶效果。

3 现场应用效果

3.1 压裂钻孔设计

2-126工作面压裂钻孔的设计参数见图1、图2。

图1 水力压裂钻孔布置平面

图2 水力压裂钻孔布置参数

沿巷道非回采帮同帮部垂直方向布置短钻孔S和长钻孔L，施工顺序为首先凿出长钻孔L，再施工短钻孔S。短钻孔S的孔深为33 m，设计钻孔倾角50°，垂直于煤帮施工，共设计24个孔，孔间距离24 m；长钻孔L的孔深为50 m，设计倾角为30°，共设计施工22个孔，孔间距离24 m，钻孔同巷道间存在22°夹角。试验过程中可根据现场出水情况及时优化压裂参数，避免顶板淋水严重影响生产。在进行过程中，若压裂效果不佳，可针对性的优化水力压裂参数（包括钻孔的间距、压裂顺序、钻孔参数等）。

水力压裂的施工工艺见图3，具体步骤为：（1）使用切槽钻头钻出预制横向切槽，为下一步水力压裂做准备。（2）利用手动泵对封隔器进行加压封孔，防治压裂时漏水。（3）接通高压泵，进行水力压裂，劣化顶板围岩。

图3 水力压裂

起初，在水压的影响下顶板岩层发生起裂，由此产生的裂隙成为水流通道，水压降低，此时压裂工作进入保压阶段，当顶板裂隙继续发育时会产生许多新裂隙。

3.2 现场结果分析

在2-126工作面回采过程中，在巷道内采取水压致裂措施。采取水压致裂措施对工作面顶板进行卸压后，上覆厚硬砂岩顶板力学性能及整体结构被弱化，可以缓解工作面煤壁及支架承受的载荷。为验证顶板卸压效果，对工作面顶板来压情况进行了矿压观测分析。

当完成水力致裂流程后，可利用钻孔窥视仪窥测顶板围岩情况，窥测结果显示孔内岩壁出现大量纵横交错的裂纹，见图4。通过对顶板采取水压致裂措施，可以有效弱化工作面顶板的力学性能，伴随采面持续推进，顶板岩层进一步受压破坏，整体性降低，顶板能够随采随落。

图4 水压致裂前后钻孔岩层破坏情况

工作面开采空间达到一定范围后，坚硬顶板能及时在支架后方垮落。矿压观测结果表明，2-126工作面基本顶的周期来压步距为21.3 m。在工作面液压支架上安装了工作阻力在线实时监测系统，划分为上、中、下3个区域，共布置了9个传感器。通过该系统可分析研究顶板来压情况，在来压期间，支架仍有一定的富余阻力。工作面顶板初次来压情况见表2。

表2 工作面来压步距统计

基于对工作面矿压观测结果的分析，可以得出采取水力压裂措施后能够有效地控制坚硬顶板垮落距离，与同一采区已采工作面的周期来压步距44.3 m相比，2-126工作面周期来压步距缩短了23 m，降低了煤壁和支架承受的载荷，工作面不再发生大面积的顶板悬露及煤壁片帮现象，保证了工作面的安全回采。

4 结语

干河矿2-126厚硬砂岩顶板采取顶板水压致裂措施后，工作面不再发生大面积顶板悬露，能够控制顶板及时垮落，工作面来压较为平稳，支架载荷在可控范围内，保证了工作面能够安全高效地生产。