水力压裂技术处理煤矿坚硬顶板 效果竟然这么好！

在煤矿开采中，坚硬顶板是指赋存在煤上方厚而稳定、坚硬的砂岩、砾岩或石灰岩等岩层，具有厚度大、强度高、整体性强、节理裂隙不发育、自承能力强等特点。

随着工作面的推进，坚硬顶板通常大面积悬露在采空区而不垮落，一旦垮落，常常伴随强烈的动载现象，造成工作面及临近巷道支护设备损坏、瓦斯浓度超限和人员伤亡，严重影响煤炭资源的安全开采。

我国大多数矿区，如大同、鹤岗、枣庄、通化、神府、乌鲁木齐、晋城、潞安、兖州等，均存在坚硬顶板控制的问题。针对坚硬顶板的控制，我国从20世纪50年代开始研究其控制，先后形成了步距式深孔放顶、循环浅孔放顶、端头强制切顶、超前深孔预爆破等以爆破为主的技术与工艺，为我国有效控制坚硬顶板提供了有力手段。然而，采用爆破控顶的方法，其不足之处亦较为突出，如工程量和炸药量大、成本高、污染井下空气，在高瓦斯矿井或煤层中应用爆破法控顶时，需采取防止瓦斯或煤尘爆炸的措施。

针对采用爆破控顶带来的一系列问题，有学者提出利用水力压裂技术进行坚硬顶板的控制，可有效避免爆破控顶带来的问题。我国的水力压裂控顶技术是从波兰引进的，随后对其技术原理和工艺过程展开了大量的研究，在此基础上进行了现场试验研究，取得了良好的效果，有力地推动了我国坚硬顶板控制理论与技术的发展。此外，研究表明，水力压裂技术还可应用于煤岩体的弱化、冲击地压的防治和煤层气的增透等领域。

通过水力压裂控制煤矿坚硬顶板现场应用，可以得出以下结论：

①压裂过程显示，在压裂孔两侧的钻孔中有水流出，裂缝已扩展至该处，说明分段逐次压裂能够有效弱化顶板，破坏顶板的完整性;

②压裂后，支架工作面阻力得到明显改善，水力压裂可使顶板及时垮落，减小顶板来压对工作面支架的冲击;

③与爆破控顶相比，水力压裂控顶具有工程量小，安全性高，施工速度快、控顶效果好等特点。

作者：冯彦军，1980年出生，毕业于煤炭科学研究总院采矿工程专业，博士，师从康红普院士。现就职于煤炭科学研究总院开采设计研究分院巷道所，从事巷道矿压与支护技术、水力压裂技术研究。