席冰冰

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

1 工程概况

阳泉煤业寺家庄煤矿为典型的高瓦斯矿井，主采的15#煤层厚度在3.5～9.4 m 之间，平均厚5.29 m，煤层倾角在1°～20°，平均5°，赋存稳定。煤层结构较复杂，一般含矸2～3 层。直接顶为平均厚3.10 m 的砂质泥岩，基本顶为均厚6.80 m 的细砂岩，直接底为均厚3.08 m 的砂质泥岩，基本底为均厚6.59 m 的粉砂岩。煤层综合柱状图如图1。

图1 煤层综合柱状图

由于15#煤层上覆顶板岩层厚度较大，且硬度较大，工作面回采后采空区顶板岩层易形成大面积悬顶，而且15#煤层所处区域地应力较大，工作面回采期间，回采巷道在高地应力作用下，产生大变形。由于寺家庄煤矿为突出矿井，提出采用水力压裂的方法，迫使采空区顶板岩层及时垮落，同时改善回采巷道力学环境，减小巷道变形[1-2]。

2 水力压裂切顶卸压方案设计

2.1 水力压裂孔参数

以15110 工作面为工程背景，根据15110 工作面煤层赋存特点及采煤工艺流程，在工作面回采过程中，基本顶岩层断裂后，断裂岩块结构如图2。

图2 老顶岩层断裂岩块结构示意图

如图2 所示，基本顶岩层破断后采场上方形成关键岩块A、B、C，其中岩块B 的一端落在采空区，另一端落在区段保护煤柱上，其重量基本由区段煤柱承担。在工作面回采过程中，采场上覆关键岩块失稳-稳定-再失稳-再稳定的过程导致了工作面周期来压。当采场上覆关键岩块B 厚度越大，长度越长时，对区段保护煤柱产生的荷载也越大，从而引起巷道大变形。水力压裂切顶卸压的原理就是切断采场上覆关键岩块B 的长度，从而减小区段保护煤柱荷载，改善巷道围岩所处力学环境，减小巷道变形量[3-4]。……