• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
顶板不同区域压裂程度覆岩采动响应特征研究
  • 37
  • 作者

    邬建宏潘俊锋冯美华陆闯高家明闫耀东马宏源

  • 单位

    煤炭科学研究总院开采研究分院中煤科工开采研究院有限公司

  • 摘要
    为了获得顶板不同区域压裂程度下覆岩活动规律及其响应特征,进而为区域压裂防治冲击地压和矿压灾害提供借鉴。首先根据地面区域压裂施工期间的微震监测结果,刻画了微震缝网的平面扩展形态,并依据微震缝网对工作面的覆盖程度进行区域划分;然后基于理论分析揭示了区域压裂超前释放累积应力和能量、覆岩结构调控控制载荷源以及压裂层自身“缓冲吸能”协同作用机理;之后分析了不同回采区域的微震事件迁移特征、日总能量频次特征、能量频次核密度分布特征及工作面超前和倾向的采动影响范围;最后对比分析了不同回采区域的矿压显现宏观特征及支架工作阻力变化特征。研究结果表明:①微震活动时空响应特征与区域压裂程度有着密切联系,压裂充分区、压裂不充分区和未压裂区3个回采区域分别呈现“高频次、低能量”、“高频次、高能量”和“高频次、高能量”微震响应特征,微震能量频次核密度分布与其具有一致性,区域压裂后微震活动度和丛集效应降低,且微震事件分布呈现从工作面前方向工作面后方迁移和聚集的趋势;②覆岩采动影响范围与区域压裂程度呈反比,区域压裂能够缩小悬臂长度,切断载荷传递路径,从而减小超前和倾向采动影响范围,压裂充分区和压裂不充分区与未压裂区相比,超前采动影响范围分别减小20.6%,14.7%,倾向采动影响范围分别减小21.5%和10%;③区域压裂能够有效缓和矿压显现强度,区域压裂对厚硬岩层整体性及其强度进行弱化,使覆岩破断块体减小且能够有序及时垮落,压裂充分区和压裂不充分区与未压裂区相比,周期来压规律不明显、来压强度低,持续来压时间缩短,来压时间间隔增大,来压次数减少。④综合不同回采区域覆岩采动响应特征,在针对厚硬岩层开展水平井区域压裂时,区域压裂缝网应有效覆盖工作面及巷道两侧煤柱区域,且避免在工作面形成未压裂区。
  • 关键词

    地面区域压裂厚硬顶板区域压裂程度采动影响范围覆岩响应特征

  • 文章目录
    0 引 言
    1 工程背景
    1.1 工作面概况
    1.2 工作面回采区域划分
    1.2.1 401102工作面压裂区域概况
    1.2.2 压裂期间地面微震缝网监测
    2 区域压裂覆岩响应机理研究
    2.1 累积应力和能量超前释放
    2.2 压裂层“缓冲吸能”作用
    2.3 覆岩结构与载荷调控
    2.4 “先压后采”协同作用机理
    3 不同回采区域微震时空响应特征
    3.1 微震事件迁移特征分析
    3.2 微震能量与总频次分析
    3.3 微震能量与频次核密度分析
    4 不同回采区域采动影响范围
    4.1 工作面超前采动影响范围
    4.2 工作面倾向采动影响范围
    5 不同回采区域矿压显现特征
    5.1 工作面矿压显现宏观特征
    5.2 支架工作阻力变化特征
    6 结论
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