開欄語

彬長礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，瓦斯、水、火、沖擊地壓等多元災(zāi)害耦合疊加。特別是2013年以來，沖擊地壓在彬長礦業(yè)胡家河礦、孟村礦等煤礦顯現(xiàn)，威脅礦井安全生產(chǎn)。為預(yù)防沖擊地壓發(fā)生，彬長礦業(yè)公司在井下采取頂板深孔爆破、頂板定向水力壓裂、煤層爆破卸壓、煤層大孔徑卸壓、煤層高壓注水、斷底爆破、底板切槽等局部卸壓措施。采取以上措施雖然取得了一定的效果，但是卻沒有從源頭上消除沖擊地壓風(fēng)險，沖擊地壓事故仍時有發(fā)生。

直面困難，提出沖擊地壓防治新途徑

面對沖擊地壓災(zāi)害威脅，彬長礦業(yè)公司廣大干部職工堅持問題導(dǎo)向，潛心分析沖擊地壓發(fā)生機(jī)理、細(xì)化沖擊地壓的類型，研究發(fā)現(xiàn)4號煤層上方60m-100m范圍存在厚硬砂巖層，為沖擊地壓災(zāi)害的關(guān)鍵巖層。為了實現(xiàn)沖擊地壓源頭治理、區(qū)域治理，彬長礦業(yè)公司孟村礦聯(lián)合中煤科工開采研究院有限公司、陜西省煤層氣有限公司、中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司、中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司開展行業(yè)交流、團(tuán)結(jié)協(xié)作的技術(shù)研討，在查閱了百余篇文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)分析研究，通過數(shù)十次的技術(shù)交流討論，創(chuàng)新提出“地面L型水平井分段壓裂防治沖擊地壓技術(shù)”。該技術(shù)作用原理是將壓裂液通過高壓泵泵入煤層頂板上方的厚硬巖層，使完整的目標(biāo)巖層內(nèi)產(chǎn)生密集網(wǎng)狀裂縫，弱化巖層的整體強(qiáng)度，形成人造“解放層”。隨著工作面的推采，巖層裂縫沿弱面進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)展，在采動應(yīng)力作用下上覆巖層及時、有序垮落，大幅降低破斷失穩(wěn)時的能量釋放級別。這種技術(shù)不僅可以縮短采空區(qū)上覆巖層的垮落步距，而且使載荷由“硬傳遞”轉(zhuǎn)化為“軟傳遞”，破碎巖層緩沖、吸收震源的沖擊能量，從而降低回采工作面的整體應(yīng)力水平，大幅降低沖擊地壓致災(zāi)風(fēng)險。

披荊斬棘，順利完成地面壓裂施工

2020年6月上旬完成項目評審，6月中旬開始地面選址，7月上旬開始鉆井施工，12月中旬壓裂施工全部結(jié)束，歷時200余天，整個施工過程中，從春夏到秋冬、從酷暑到嚴(yán)寒。鉆井期間，先后鉆遇第四系黃土、第三系紅土，白堊系華池組泥巖、洛河組砂礫巖、宜君組礫巖，侏羅系安定組砂巖，共計6個地層，跨越地質(zhì)時期約1.3億年；防范了礦區(qū)主要充水水源洛河組砂巖裂隙水的危害，完成鉆探進(jìn)尺3700m，目標(biāo)砂巖層鉆遇率100%。壓裂期間，采用了井上下聯(lián)合監(jiān)測方法、共布置監(jiān)測點50個；召開現(xiàn)場技術(shù)分析談?wù)摃?0次，形成了每天“6個1”的工作方法；攻關(guān)技術(shù)難點5處，分析各類監(jiān)測報告及報表200余份；壓裂31段、射孔84簇、消耗液量40000m3、消耗砂量1100m3，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)7項，動用各類車輛50車次，單班現(xiàn)場參與工作人員80余人。施工壓力10～23MPa、排量6～11m3/min，實現(xiàn)了最大縫長340m、縫高59m、影響寬度80m的裂縫形態(tài)，超過設(shè)計參數(shù)值的110%。單段壓裂期間，井下微震能量平均增幅約8倍、頻次平均增幅約3.8倍；井下地音能量平均增幅約4.6倍、頻次平均增幅約2.7倍；地面監(jiān)測的目標(biāo)巖層破裂事件點數(shù)達(dá)388個、能量達(dá)19000000J。

效果檢驗，取得良好防沖效果

為了驗證地面水平井壓裂堅硬頂板防治沖擊地壓的有效性，孟村礦成立地面L型水平井分段壓裂防治沖擊地壓效果評價小組，選定工作面“覆巖活動規(guī)律、周期來壓規(guī)律、微震監(jiān)測、地音活動性、巷道圍巖變形情況、超前支承應(yīng)力變化、錨桿（索）工作阻力變化、”等內(nèi)容作為評價指標(biāo)，每天收集監(jiān)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析總結(jié)。截止2022年7月27日，該礦401102工作面順利回采940m，有效杜絕了沖擊地壓發(fā)生。通過統(tǒng)計分析，壓裂區(qū)域較非壓裂區(qū)域周期來壓強(qiáng)度降低23%，來壓持續(xù)時間縮短61%；103J以上微震事件頻次下降88%，102J以下微震事件頻次上升43%，高能事件大幅降低、低能事件明顯上升；壓裂區(qū)域工作面兩順槽超前范圍頂幫均無明顯變化，而之前巷道圍巖變形量高達(dá)1m-1.5m；以上均表明了地面L型水平井分段壓裂技術(shù)對防治沖擊地壓效果顯著。

彬長礦業(yè)公司孟村礦是國內(nèi)首家將地面L型水平井分段壓裂技術(shù)應(yīng)用于煤礦沖擊地壓防治領(lǐng)域的礦井，開創(chuàng)了煤炭行業(yè)在地面治理沖擊地壓的先河。研究成果表明，地面L型水平井分段壓裂技術(shù)是根本性解決沖擊地壓難題的關(guān)鍵手段，為沖擊地壓由井下防御治理到地面源頭消沖的突破提供了技術(shù)支撐，可有效提升礦井沖擊地壓防控能力，大大降低沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生概率，是一項具有革命性、顛覆性的防沖新技術(shù)，引領(lǐng)了沖擊地壓防治工作的新方向！目前，該技術(shù)已在彬長礦區(qū)的胡家河礦、小莊礦推廣實施，不久的將來該技術(shù)也將推廣應(yīng)用于國內(nèi)其他類似地質(zhì)條件的沖擊地壓礦井，助推實現(xiàn)煤炭資源安全高效生產(chǎn)。（王冰）