煤炭学报

作者：雷亚军, 冯彦军, 康红普, 赵福堂, 尚晓光, 王锐, 王鹏, 张震, 任建超, 赵凯凯, 郑仰发, 刘晓刚,

关键词：特厚煤层, 10 m超大采高, 厚硬顶板, 复合压裂, 区域卸压,

针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题，以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景，系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、三维裂缝扩展流固耦合数值模拟、大流量复合压裂技术与工艺、水力压裂效果监测与评价等方面的研究。研究结果表明：厚硬顶板水力压裂卸压作用机制主要体现在结构调控、应力转移、能量释放、强度劣化等方面；延安组相较于直罗组脆性矿物含量更高，易形成复杂裂缝网络；排量由1 m3/min增至5 m3/min，裂缝平均半径由21.9 m增至32.5 m，增幅约为48.40%，排量越大水力裂缝尺度越大。研发了井下厚硬顶板水力压裂卸压技术及大流量压裂装备，开发了磨料射流预切缝与5 m3/min大流量复合压裂技术工艺，提出了一种井下长水平钻孔定向水力压裂“一场一策”分区设计理念，形成了一种动态更新压裂层位和压裂方案的井下长水平钻孔定向水力压裂方法，并在曹家滩煤矿开展了工程应用试验，实现了10 m超大采高工作面矿压显现的科学有效防控。通过地面微震实时监测技术实时捕捉缝网扩展轨迹，有效指导了水力压裂方案的优化，并获得了顶板水力裂缝空间展布特征。开展了水力压裂实施效果的多因素综合评价，对液压支架工作阻力、工作面周期来压步距和持续距离、来压动载系数、微震事件及能量等进行综合分析，综合评价了水力压裂效果。井下试验结果表明：曹家滩煤矿井下水力裂缝以水平裂缝为主，沿钻孔两侧扩展平均距离约为80 m，有效弱化了工作面范围内上覆厚硬、完整顶板，实现了区域顶板结构有效调控；通过区域压裂技术将厚硬岩层组提前预裂，减小了来压步距和动载系数，保障了10 m超大采高工作面安全高效生产。

来源：2025年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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