水力压裂切顶卸压技术在干河煤矿的应用

郭振波

（山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 临汾 041602）

1 工程概况

干河煤矿2#煤层埋深520 m，直接顶板为强度达57.32 MPa的细粒砂岩，属典型的坚硬顶板。目前在采的2-209 工作面与南部2-100 采空区之间留有25 m保护煤柱，2-209 工作面布置见图1。在2-209 工作面准备阶段，2-2092 巷从掘到回采前均未发生较大的变形，当工作面回采进入到2-100 采空区影响范围内时，2-2092 巷超前工作面180 m左右在回采超前支承压力与侧向采空区支承压力双重作用下，开始出现明显变形，2-2092 巷超前工作面60 m左右巷道底鼓量达1.2 m，严重影响行人，需要采取底鼓控制措施。

图1 2-209 工作面布置

2 水力压裂切顶卸压技术［1］

煤岩体是典型的非均质材料，其特性主要有：含节理、层理等结构面，各向异性，含有原生裂隙，多孔，多尺度等。运用弹性理论、以最大拉应力准则分析应力场影响下钻孔内裂缝开启压力［2］随倾角、方位角变化而变化的规律时将煤岩体简化为脆性的、各向同性、连续均质的材料。

图2 为钻孔周围应力分解图，（x，y，z）直角坐标系用来表示远场地应力；（r，θ，z）柱坐标系用来表示钻孔周边的应力状态；θAz为钻孔的方位角，最小、最大与垂直主应力σh，σH和σv的方向与坐标系中（1，2，3）方向相同；θ为x轴向z轴方向转过的角度，θInc为钻孔的倾斜角，rw为孔半径，z轴为钻孔的轴线方向。

坐标系（1，2，3）与直角坐标系（x，y，z）之间的转化关系为：

因此，远场地应力分量（σh，σH，σv）可以用来表示（x，y，z）直角坐标系中的地应力分量：

式中：i，j=x，y，z；m，n=1，2，3；Aij，Amn分别为式（1）中变换系数矩阵中的对应元素。

式（2）代入式（1）得：

（r，θ，z）柱坐标系下倾斜钻孔周围的应力表示为：