煤炭科学技术

作者：张庆华, 袁本庆, 任启寒,

关键词：特厚煤层, 动力灾害, 应力场, 水力割缝, 风险管控, 瓦斯防治,

针对我国特厚煤层深部开采面临的采掘扰动易诱发动力灾害及瓦斯防治存在的钻孔控制盲区、效果检验可靠性不足等问题，以窑街矿区金河煤矿单一特厚突出煤层为工程背景，系统研究了采掘全过程应力场动态演化规律、采掘工作面区域防突关键技术及掘进工作面局部高应力区高效卸压增透技术。通过FLAC3D数值模拟揭示了大采放比综放工作面弧形卸压区发育特征：初采期宽度5～7 m、构造区3～5 m、正常区10～15 m；同时，发现多重采动应力叠加下掘进工作面存在超高应力集中现象，应力集中系数λ高达2.4～3.0；据此提出了基于应力主控因素的风险分级管控方法：回采工作面划分一级风险区（λ>2.0）、二级风险区（1.5≤λ≤2.0），掘进工作面增设三级风险区（1.0≤λ<1.5），并制定了差异化防控对策。针对采掘工作面采用传统区域防治技术存在的难题，研发应用了4项关键技术以提升防突可靠性：区域措施钻孔三维反演系统，实现钻孔轨迹三维可视化与风险区域识别，消除区域措施钻孔“立体薄弱区”；抽采达标分层立体预测模型，以顶分层最小抽采半径为布孔标准，确保中上部煤体充分抽采；内胆贴壁式瓦斯含量取样装置，减少瓦斯逸散，实测可解吸瓦斯含量较传统孔口取样提高6.25%～20.59%；“分区−分带−分层”全覆盖检验方法，对构造区、软煤带等高风险区域加密检测，重点层位分层验证，减少检验盲区。针对掘进工作面高应力区（如16219−1掘进工作面七重采动影响带），应用改进的超高压水力割缝技术装备（高刚度轻质钻杆、防滑装置、水质过滤器）；结果表明，16219−1掘进工作面高应力区应力集中系数由3.0降至1.6，煤层透气性系数提升近10倍，抽采达标时间缩短1/3，残余瓦斯含量降至4.73 m3/t，掘进期间CH4、CO2涌出平稳（最大CO2体积分数为0.48%）、高能量微震事件减少，实现了消突和应力降低“双重”目标。

来源：2025年第9期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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