水力压裂技术在22116 工作面坚硬顶板弱化中的应用

段奥东

（潞安集团潞宁煤业有限责任公司，山西 宁武 036700）

1 工程概况

潞宁煤业公司侏罗系大同组上部2#煤层22116工作面位于矿田西南部，工作面平均走向长度为1 877.233 m，倾向长155.8 m，煤层厚度3.5 m。工作面区域地层整体为一南东向倾斜单斜构造，煤层走向N48°W，倾向S138°E。工作面区域内煤层结构简单，中部夹不连续的薄层炭质泥岩夹矸，煤层厚度1.0～5.0 m，平均厚度3.5 m，煤质编号为气煤，具有金属—玻璃光泽，坚硬、性脆，局部煤质松软、破碎，煤层硬度为3.5，倾角7°～15°。煤层顶底板岩性及厚度特征如图1 所示。22116 工作面风运巷均采用全锚网支护，运巷和风巷的顶帮锚杆均采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格为Φ22～24 mm×2400 mm，配套螺帽为高强度加长螺母。

图1 22116 工作面煤岩柱状图

2 坚硬顶板等级及切顶高度分析

为制定合理的顶板控制方案，需首先确定采场坚硬顶板的等级，采场基本顶矿压显现强度可由基本顶初次来压当量Pe来划分，其计算公式[1]：

式中：N 为基本顶厚度比上采高；h 为采高，m；Lf为基本顶初次垮落步距，m。

潞宁煤业公司22116 工作面采高为3.5 m，基本顶为厚度16 m 的细粒砂岩，基本顶初次垮落步距计算公式[2]：

式中：h 为基本顶厚度，m；Rt为基本顶抗拉强度，MPa；q 为基本顶受到的垂直应力载荷，MPa。

基本顶身重力引起的载荷q1=γ1×h1=24.8×16=396.8 kPa，上部第二层岩层对基本顶的载荷：

因为（q2）1＜q1，可知顶板第二层岩层对基本顶基本无载荷，则可确定基本顶所受载荷q=q1=396.8 kPa，基本顶抗拉强度为5.90 MPa，计算可得基本顶初次垮落步距为35.62 m，代入式（1）计算得到基本顶初次来压当量Pe=975.4。根据《缓倾斜采煤工作面顶板分类》相关规定[3]，Pe=975.4＞975，则基本顶属于III 级顶板，即矿压显现强烈类型顶板。……