開欄語

彬長礦區地質條件復雜，瓦斯、水、火、沖擊地壓等多元災害耦合疊加。特別是2013年以來，沖擊地壓在彬長礦業胡家河礦、孟村礦等煤礦顯現，威脅礦井安全生產。為預防沖擊地壓發生，彬長礦業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險，沖擊地壓事故仍時有發生。

直面困難，提出沖擊地壓防治新途徑

面對沖擊地壓災害威脅，彬長礦業公司廣大干部職工堅持問題導向，潛心分析沖擊地壓發生機理、細化沖擊地壓的類型，研究發現4號煤層上方60m-100m范圍存在厚硬砂巖層，為沖擊地壓災害的關鍵巖層。為了實現沖擊地壓源頭治理、區域治理，彬長礦業公司孟村礦聯合中煤科工開采研究院有限公司、陜西省煤層氣有限公司、中國石油集團渤海鉆探工程有限公司、中煤科工集團西安研究院有限公司開展行業交流、團結協作的技術研討，在查閱了百余篇文獻資料的基礎上，經過嚴謹的科學分析研究，通過數十次的技術交流討論，創新提出“地面L型水平井分段壓裂防治沖擊地壓技術”。該技術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，使完整的目標巖層內產生密集網狀裂縫，弱化巖層的整體強度，形成人造“解放層”。隨著工作面的推采，巖層裂縫沿弱面進一步發育擴展，在采動應力作用下上覆巖層及時、有序垮落，大幅降低破斷失穩時的能量釋放級別。這種技術不僅可以縮短采空區上覆巖層的垮落步距，而且使載荷由“硬傳遞”轉化為“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力水平，大幅降低沖擊地壓致災風險。

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束，歷時200余天，整個施工過程中，從春夏到秋冬、從酷暑到嚴寒。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，跨越地質時期約1.3億年；防范了礦區主要充水水源洛河組砂巖裂隙水的危害，完成鉆探進尺3700m，目標砂巖層鉆遇率100%。壓裂期間，采用了井上下聯合監測方法、共布置監測點50個；召開現場技術分析談論會10次，形成了每天“6個1”的工作方法；攻關技術難點5處，分析各類監測報告及報表200余份；壓裂31段、射孔84簇、消耗液量40000m3、消耗砂量1100m3，優化設計參數7項，動用各類車輛50車次，單班現場參與工作人員80余人。施工壓力10～23MPa、排量6～11m3/min，實現了最大縫長340m、縫高59m、影響寬度80m的裂縫形態，超過設計參數值的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；地面監測的目標巖層破裂事件點數達388個、能量達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“覆巖活動規律、周期來壓規律、微震監測、地音活動性、巷道圍巖變形情況、超前支承應力變化、錨桿（索）工作阻力變化、”等內容作為評價指標，每天收集監測數據并進行分析總結。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生。通過統計分析，壓裂區域較非壓裂區域周期來壓強度降低23%，來壓持續時間縮短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1m-1.5m；以上均表明了地面L型水平井分段壓裂技術對防治沖擊地壓效果顯著。

彬長礦業公司孟村礦是國內首家將地面L型水平井分段壓裂技術應用于煤礦沖擊地壓防治領域的礦井，開創了煤炭行業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是根本性解決沖擊地壓難題的關鍵手段，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害的發生概率，是一項具有革命性、顛覆性的防沖新技術，引領了沖擊地壓防治工作的新方向！目前，該技術已在彬長礦區的胡家河礦、小莊礦推廣實施，不久的將來該技術也將推廣應用于國內其他類似地質條件的沖擊地壓礦井，助推實現煤炭資源安全高效生產。（王冰）