文摘gydF4y2B一个

为了明确卸压机理和应用效果的定向水力压裂gob-side条目保留,定向水力压裂是由400年的运输网关剩余沿着Hejiata煤矿50108工作面采空区。以这个为工程背景,建立了屋顶切削力学模型和减压机制被澄清。理论研究表明,重力的时刻gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{GgydF4y2B一个}锥体屋面板的脸,压力gydF4y2B一个问gydF4y2B一个上覆软岩,横向力gydF4y2B一个TgydF4y2B一个_{CBgydF4y2B一个}在“拱”结构的左端点三角块,也就是说,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个这决定了路边的支撑阻力。水力压裂可以减少侧向悬臂长度的基本屋顶,从而大大降低的值gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和显著减少路边支持抵抗。现场试验表明,定向水力压裂技术可以有效地提高面对的压力环境,减少巷道的变形,它有一个好的应用效果gob-side条目保留。gydF4y2B一个

1。介绍gydF4y2B一个

gob-side条目保留技术可以消除部分煤柱,提高煤炭回收率,减少道路和矿井开挖速度,并实现gydF4y2B一个YgydF4y2B一个形通风矿业的脸,这有利于解决瓦斯问题。然而,剩下的巷道沿采空区是影响矿业面临的两个工作。这是受暴力影响采空区岩石活动区域的上层部分工作面支承压力的影响也较低部分的工作面。屋顶和道路的两面都严重变形,连同底部鼓,很难保持巷道(gydF4y2B一个1gydF4y2B一个- - - - - -gydF4y2B一个5gydF4y2B一个]。gydF4y2B一个

巷道卸压技术可以达到减压的目的通过改变围岩的完整性和连续性。常用的减压方法是爆破和水力压裂gydF4y2B一个6gydF4y2B一个- - - - - -gydF4y2B一个8gydF4y2B一个]。由于炸药爆破中潜在的安全隐患,其使用在煤矿是严格控制。近年来,水力压裂,安全、简单、经济的技术,已越来越多地应用于煤矿。目前,水力压裂是广泛应用于硬顶的削弱gydF4y2B一个9gydF4y2B一个- - - - - -gydF4y2B一个11gydF4y2B一个),而很少有研究的应用程序保留gob-side条目。本文以Hejiata煤矿50108工作面为工程背景,水力压裂技术是用于gob-side条目保留和屋顶建立力学模型,阐明减压机制。理论和现场实践表明,水力压裂技术可以有效地缓解道路的压力并执行在保持巷道沿采空区。gydF4y2B一个

2。力学模型的屋顶Gob-Side条目保留gydF4y2B一个

2.1。屋顶的力学模型gydF4y2B一个

开挖后,随着工作面推进的,”gydF4y2B一个O-XgydF4y2B一个“类型骨折发生在基本的屋顶gydF4y2B一个12gydF4y2B一个]。基本的屋顶将形成一个锥体板结构(关键块B)在面对和倒置的梯形结构(关键块C)工作面。当推进距离达到极限gydF4y2B一个lgydF4y2B一个_{1gydF4y2B一个}基本的屋顶,关键块B和关键块C旋转和水槽,和工作面。随着工作面推进的,定期基本顶断裂。工作面基本顶在较低的部分是关键块A我部分,关键块,关键块B, C和关键块形成一个铰链结构,如图gydF4y2B一个1 (b)gydF4y2B一个。gydF4y2B一个

在图gydF4y2B一个1gydF4y2B一个,gydF4y2B一个米gydF4y2B一个煤层的厚度,gydF4y2B一个hgydF4y2B一个是直接顶板的厚度,gydF4y2B一个HgydF4y2B一个是基本的屋顶厚度;gydF4y2B一个xgydF4y2B一个_{0gydF4y2B一个}的断裂位置关键块B;gydF4y2B一个一个gydF4y2B一个巷道的宽度;gydF4y2B一个bgydF4y2B一个是路边的宽度的支持;gydF4y2B一个lgydF4y2B一个_{我gydF4y2B一个}的极限跨度是基本的屋顶,意味着第一或周期性加权长度在第一次或定期权重阶段基本屋顶;gydF4y2B一个lgydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}关键块的横向跨度B;gydF4y2B一个θgydF4y2B一个是基本的旋转角屋顶。gydF4y2B一个

剩下的巷道沿采空区位于面临结束,及其基本屋顶是关键块b直接屋顶将产生一定长度的暂停屋顶由于煤柱的支承作用,和它的重量将由路边的支持。gydF4y2B一个

落后于工作面在一定距离,关键块B失去稳定,旋转,屋顶和下沉,然后直接崩溃。巷道的压力和变形迅速增加。路边的支持不能防止沉降基本的屋顶,但它可以控制和减少直接屋顶和极限沉降分离的基本屋顶。它可以认为巷道的压力外观保持沿采空区主要是由B关键块的不稳定。gydF4y2B一个

2.2。力学参数的关键块BgydF4y2B一个

2.2.1。横向跨度gydF4y2B一个lgydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}关键块的BgydF4y2B一个

根据故障板理论,的表达gydF4y2B一个lgydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}推导出利用空白原则(gydF4y2B一个13gydF4y2B一个]。gydF4y2B一个

在第一个崩溃的屋顶,gydF4y2B一个

屋顶,周期性的崩溃的基地gydF4y2B一个 在哪里gydF4y2B一个lgydF4y2B一个_{0gydF4y2B一个}和gydF4y2B一个lgydF4y2B一个_{1gydF4y2B一个}是第一个和周期性加权长度基本的屋顶,分别。gydF4y2B一个

2.2.2。断裂的位置gydF4y2B一个关键块的BgydF4y2B一个

的工作面,支承压力生成的煤壁和煤的身体进入塑性状态的一部分。当压力超过煤的强度的身体,煤炭将会受损,失去承载能力。承载力以来煤炭在塑性状态大大减少,极其不稳定,上覆岩层的下沉和弯曲梁不能阻止,这创造了条件,岩石梁破坏前的煤壁。根据弹塑性力学理论,断裂位置的公式gydF4y2B一个xgydF4y2B一个_{0gydF4y2B一个}关键块的B (gydF4y2B一个14gydF4y2B一个]gydF4y2B一个 在哪里gydF4y2B一个米gydF4y2B一个是矿业的高度,gydF4y2B一个是煤炭的内摩擦角的身体,gydF4y2B一个CgydF4y2B一个_{0gydF4y2B一个}是煤炭的凝聚力的身体,gydF4y2B一个KgydF4y2B一个应力集中系数,gydF4y2B一个γgydF4y2B一个上覆岩层的平均体积力,MN / mgydF4y2B一个^{3gydF4y2B一个},gydF4y2B一个HgydF4y2B一个是埋深,gydF4y2B一个PgydF4y2B一个是煤炭的支架阻力方面,MPa。gydF4y2B一个

3所示。水力压裂的减压机制留住Gob-Side条目gydF4y2B一个

3.1。路边支持抵抗gydF4y2B一个

3.1.1。直接顶应力分析的关键gydF4y2B一个

直接屋顶是由基本的屋顶和夹紧的煤炭的身体,假设边缘固定支架边界。直接顶板的力学模型如图gydF4y2B一个2gydF4y2B一个。gydF4y2B一个

在图gydF4y2B一个2gydF4y2B一个,gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个}是基本的屋顶的合力直接屋顶;gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{ggydF4y2B一个}是直接顶的严重性;gydF4y2B一个σgydF4y2B一个_{ygydF4y2B一个}的支持力量是煤炭的身体,MPa;gydF4y2B一个PgydF4y2B一个是煤炭的支架阻力方面,MPa;gydF4y2B一个fgydF4y2B一个_{年代gydF4y2B一个}顶板支护阻力,N / m,假定为一个统一的负荷;gydF4y2B一个fgydF4y2B一个_{dgydF4y2B一个}回填的支持力量,被认为是一个统一的负载,N / m;gydF4y2B一个米gydF4y2B一个屋顶的弯矩是直接点啊;和gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{xgydF4y2B一个}和gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{ygydF4y2B一个}是边界阻力。gydF4y2B一个

假设煤壁的横坐标是0,前面的煤壁的正方向gydF4y2B一个xgydF4y2B一个设在,垂直方向的gydF4y2B一个ygydF4y2B一个设在,见图gydF4y2B一个2gydF4y2B一个根据极限平衡理论,煤的身体可以得到的支持力量(gydF4y2B一个14gydF4y2B一个]gydF4y2B一个

的时刻gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个},gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{ggydF4y2B一个},gydF4y2B一个fgydF4y2B一个_{年代gydF4y2B一个},gydF4y2B一个fgydF4y2B一个_{dgydF4y2B一个},gydF4y2B一个σgydF4y2B一个_{ygydF4y2B一个}来点啊gydF4y2B一个

由于边缘是一个固定支架边界,然后gydF4y2B一个

根据gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个我们得到了gydF4y2B一个

3.1.2。应力分析的关键块BgydF4y2B一个

关键块的受力分析如图gydF4y2B一个3gydF4y2B一个,在那里gydF4y2B一个米gydF4y2B一个_{一个gydF4y2B一个}和gydF4y2B一个米gydF4y2B一个_{BgydF4y2B一个}是关键块的残余弯矩B两端,gydF4y2B一个TgydF4y2B一个_{ABgydF4y2B一个}和gydF4y2B一个TgydF4y2B一个_{CBgydF4y2B一个}是关键的水平推力块关键块B和C,分别和gydF4y2B一个NgydF4y2B一个_{ABgydF4y2B一个}和gydF4y2B一个NgydF4y2B一个_{CBgydF4y2B一个}剪切应力的关键块关键块B和C,分别;gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{GgydF4y2B一个}关键块的重力B;gydF4y2B一个问gydF4y2B一个上覆软岩层的压力,假设均布荷载,忽略了采空区煤矸石的支持力量的影响。gydF4y2B一个

TCB可以获得(gydF4y2B一个15gydF4y2B一个]gydF4y2B一个 在哪里gydF4y2B一个αgydF4y2B一个是三角形弯曲的角块。gydF4y2B一个

的时刻gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个},gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{GgydF4y2B一个},gydF4y2B一个TgydF4y2B一个_{CBgydF4y2B一个},gydF4y2B一个NgydF4y2B一个_{CBgydF4y2B一个},gydF4y2B一个问gydF4y2B一个点一个,分别gydF4y2B一个

根据gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个我们得到了gydF4y2B一个

结合公式(gydF4y2B一个10gydF4y2B一个)和公式(gydF4y2B一个7gydF4y2B一个)gydF4y2B一个

3.2。水力压裂的减压机制gydF4y2B一个

水力压裂切断的悬臂长度,减少了直接顶的压力直接顶在正常推进。gydF4y2B一个

它使直接屋顶与矿业崩溃,填充采空区更好,减少沉降量的基本屋顶。同时,水力压裂切断的侧向悬臂长度基础上,导致基础屋顶在压裂前线下降,从而减少压力从屋顶。假设旋转角度gydF4y2B一个θgydF4y2B一个关键块的是常数,力学模型如图gydF4y2B一个4gydF4y2B一个。gydF4y2B一个

在公式(gydF4y2B一个11gydF4y2B一个),gydF4y2B一个米gydF4y2B一个_{BgydF4y2B一个},gydF4y2B一个米gydF4y2B一个_{一个gydF4y2B一个},gydF4y2B一个米gydF4y2B一个,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和gydF4y2B一个可视为常数,忽略剪切力的影响关键块C在关键块B (gydF4y2B一个 )。gydF4y2B一个因此,它是gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和gydF4y2B一个发挥决定性的作用gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{dgydF4y2B一个}。gydF4y2B一个

从图可以看出gydF4y2B一个4gydF4y2B一个,关键块B瀑布沿着压裂前B线,成为两个小块gydF4y2B一个_{1gydF4y2B一个}和BgydF4y2B一个_{2gydF4y2B一个}。基本顶悬架的长度减少从L2到L2′,显著降低gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和他们的价值观gydF4y2B一个

因此,水力压裂屋顶切割后,路边的支架阻力显著降低。gydF4y2B一个

4所示。现场试验gydF4y2B一个

4.1。测试网站的基本信息gydF4y2B一个

测试网站中选择Hejiata煤矿,陕西省,水力压裂进行了gob-side条目保留在50108工作面运输网关。道路里程是1950 - 1550,测试长度400米,道路宽度是5.5米,高度为3.2米。gydF4y2B一个

煤厚度2.6 - -3.6米,平均3 m。煤层倾角是1 - 3°,近水平煤层;埋深86 - 245米,浅煤层。工作面长度是245米,和推进长度是4462米。屋顶层如图gydF4y2B一个5gydF4y2B一个。gydF4y2B一个

4.2。定向水力压裂方案gydF4y2B一个

4.2.1。准备地应力测量gydF4y2B一个

裂纹扩展方向是沿着最大主应力的方向gydF4y2B一个3gydF4y2B一个]。因此,测量地应力对水力压裂是非常重要的。最大水平主应力gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个最小水平主应力gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和垂直主应力gydF4y2B一个测量按类型SSYY-56水压致裂地应力测量仪器在运输网关(见表gydF4y2B一个1gydF4y2B一个)。gydF4y2B一个

4.2.2。钻井参数和布局gydF4y2B一个

(1)切削角(α)gydF4y2B一个。水力压裂进行提前的工作面。为了防止巷道顶板分离,钻井需要一定的角度。角度不应该太小或太大,当角太小,屋顶需要克服更大的剪切力,当角太大,悬架顶板悬臂的长度将增加。一般来说,切削角gydF4y2B一个αgydF4y2B一个是70 - 75°。gydF4y2B一个

钻井施工角度设定在45°,所以沿着我部分切削角为70°。由于裂纹的传播方向是沿着最大主应力的方向,以便于使裂纹扩展更容易,井下布局的方向应垂直于最大主应力的方向尽可能。根据地应力测量结果,钻孔和巷道轴之间的角度设置为20°,如图gydF4y2B一个6gydF4y2B一个。gydF4y2B一个

(2)降低高度gydF4y2B一个。减少高度gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个}指的是钻孔的最大垂直高度。首先,gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个}至少应该大于直接顶板的厚度,使屋顶直接崩溃的时间和更好的填充采空区。直接顶高度是m / (gydF4y2B一个KgydF4y2B一个_{hgydF4y2B一个}−1)gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个}≥gydF4y2B一个米gydF4y2B一个/ (gydF4y2B一个KgydF4y2B一个_{hgydF4y2B一个}−1)。gydF4y2B一个

其次,根据钻孔柱和实用矿山压力理论(gydF4y2B一个13gydF4y2B一个屋顶)的数量和位置基本可以判断。减少高度gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个}应的厚度基本的屋顶。根据图gydF4y2B一个5gydF4y2B一个基本顶,可以看出,第二个是29米的煤层,所以切割高度gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个}最终确定为29米,钻孔高度之间的关系gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个}和钻井深度gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{dgydF4y2B一个}是gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{米gydF4y2B一个}=gydF4y2B一个HgydF4y2B一个_{dgydF4y2B一个}因为gydF4y2B一个αgydF4y2B一个。gydF4y2B一个

(3)钻孔间距gydF4y2B一个。钻孔间距应该确保水力压裂产生的骨折可以连接两个洞。野外观测显示,当水平钻孔间距是10米,水流从水井压裂洞附近,表明骨折的扩张范围可达20米。确保roof-cutting效果,现场钻孔的水平间距设置为10米,和水井的布局如图gydF4y2B一个6gydF4y2B一个。gydF4y2B一个

4.2.3。施工技术gydF4y2B一个

(1)gydF4y2B一个使用一种特殊的钻头预制横向切口的硬顶,这相当于设置一个人工裂缝:压裂将导致裂纹尖端应力集中,可有效减少裂纹生产所需的压力和使裂纹扩展的方向切口在初始阶段。gydF4y2B一个(2)gydF4y2B一个封孔:充气跨封隔器采用孔密封保证了分段压裂在硬地层。压裂过程中停在距离8米的钻孔,并进行压裂每隔3米,每个压裂时间20分钟。gydF4y2B一个(3)gydF4y2B一个压裂:根据弹性理论,裂缝生产所需的压力(gydF4y2B一个16gydF4y2B一个]gydF4y2B一个

和gydF4y2B一个分别是最大和最小地应力;gydF4y2B一个是岩石的单轴抗拉强度,15 MPa的价值。根据地应力测量结果表gydF4y2B一个1gydF4y2B一个裂缝生产所需,压力可以计算为20.7 MPa。考虑到压力损失和一定的过剩系数,泵的额定压力可以被确定为35 MPa。gydF4y2B一个

5。数据分析gydF4y2B一个

5.1。水力压裂曲线gydF4y2B一个

如图gydF4y2B一个7gydF4y2B一个在压裂过程中,裂缝延伸压力相对稳定,维持在大约15 MPa。压裂曲线紧密锯齿状,表明骨折继续传播和几乎相同的规模相对较小,每一次,和断裂传播效果好。gydF4y2B一个

5.2。压裂前后耐Face-End支持工作gydF4y2B一个

水力压裂前后的工作抗face-end支持如图gydF4y2B一个8gydF4y2B一个。可以看出,平均压力压裂前4588 KN,压裂后和3271 KN;减少1317 KN,下降率为29%。它表明,水力压裂法有效地降低了face-end压力和改善环境的压力。gydF4y2B一个

5.3。Gob-Side条目保留的影响gydF4y2B一个

gob-side条目的测试区保留在50108工作面巷道的变形和螺栓的力量当场被监控。gydF4y2B一个

螺栓如图的力量gydF4y2B一个9gydF4y2B一个。结果表明,螺栓应力20米的工作面开始增加,工作面10 m-40米,背后的压力迅速增加,和80工作面压力逐渐稳定。的整体力螺栓相对较小,和最大值不超过60 kN,远离支持能力120 kN的螺栓。gydF4y2B一个

通过现场监测,巷道的位移的屋顶和地板保持沿采空区≤160毫米。100工作面,gob-side条目保留的影响图如图gydF4y2B一个10gydF4y2B一个。gydF4y2B一个

因此,gob-side条目保留的水力压裂的应用可以显著提高表面的应力环境,减少屋顶压力和巷道变形、和应用效果很好。gydF4y2B一个

6。结论gydF4y2B一个

(1)gydF4y2B一个它是重力的时刻gydF4y2B一个FgydF4y2B一个_{GgydF4y2B一个}弯曲的三角形屋顶板,压力gydF4y2B一个问gydF4y2B一个上覆软岩,横向力gydF4y2B一个TgydF4y2B一个_{CBgydF4y2B一个}“拱”的左端点三角块,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个这决定了路边的支撑阻力。水力压裂法减少了横向悬臂长度的基本屋顶,从而大大减少的值gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个 ,gydF4y2B一个和gydF4y2B一个并能显著减少路边支持抵抗。gydF4y2B一个(2)gydF4y2B一个水力压裂可以显著提高面对的压力环境,减少巷道变形,实现良好的应用效果。在Hejiata煤矿现场试验,最终支持的阻力减少29%,最大位移的屋顶和地板是160毫米。gydF4y2B一个

数据可用性gydF4y2B一个

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。gydF4y2B一个

的利益冲突gydF4y2B一个

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2B一个