孤島工作面長水平深孔全長水力壓裂卸壓機理及多參量效果分析

楊 旭 ，王 濤 ，李 明

（1.山西天地王坡煤業有限公司，山西 晉城 048000；2.天地科技股份有限公司 開采設計事業部，北京 100013；3.中煤科工開采研究院有限公司，北京 100013）

隨著我國煤炭資源開采強度的不斷增大，不少礦井已經走向深部開采，深部開采處于“三高一擾動”的圍巖環境，對于巷道的維穩十分不利[1-3]；同時為了避免采掘接替緊張、預防煤的自燃與瓦斯突出等災害，在開采歷史中多采用了跳采方式，留下了不少兩側甚至三側采空的孤島工作面。深井孤島工作面屬于典型的強動壓高危工作面，在原巖應力場、采空側向應力場以及本工作面采動超前集中應力等綜合作用下，極易發生支護失效問題，嚴重影響巷道圍巖控制效果；特別是在斷層等自然構造區，強礦壓現象更加頻繁，主要表現在巷道掘進支護后超前段塑性破壞區范圍急劇增大，呈現出全斷面來壓、全斷面強烈變形特征，嚴重制約著工作面安全和正?；夭蒣4-8]。這種條件下若是基本頂垮落不及時造成大面積懸頂，極易造成采場和巷道的大面積來壓，惡化原本并不安全的圍巖環境。

壓裂卸壓是切斷懸頂、緩解工作面及巷道頂板強礦壓作用的常用手段。深孔壓裂技術由于其能處理煤層上覆高層位的目標巖層，在煤礦中應用廣泛，對調控礦山壓力顯現起重要的作用，目前我國煤礦常用的深孔壓裂手段主要是深孔爆破卸壓和水力壓裂，相對于爆破卸壓受制于國家火藥政策及保存、運輸、使用過程存在較大風險，越來越多的礦井將水力壓裂作為主要的壓裂卸壓手段。

不少專家、學者對深孔水力壓裂技術及應用進行了研究?？导t普等[1,9-11]、吳擁政等[10]為了檢驗定向水力壓裂控制煤礦堅硬難垮頂板的效果，進行了井下試驗，深入分析煤礦堅硬難垮頂板水力壓裂特點；趙善坤等[12-14]利用多種方法深入研究了深孔定向水力壓裂的卸壓防治類型、影響因素，揭示了其防沖機理，在現場得到有效驗證；此外，不少學者[15-19]針對定向水力壓裂施工技術涉及的預制裂縫相關參數、擴展規律進行研究，取得了一定的成果，有效指導了現場施工，提高了壓裂效果。但由于單個卸壓孔形成的卸壓范圍較小，定向卸壓也只能完成對于頂板的局部卸壓；為實現理想的卸壓效果，孔間距就比較小，導致卸壓工程量大，主要存在鉆孔工程量大、卸壓范圍小的弊端，卸壓效果有限。

后來出現了井下長水平孔區域壓裂卸壓的方法和技術手段，并在不少礦井進行了成果應用，由于其能夠通過區域壓裂，使完整性好的目標巖層內形成數量眾多、方位和長度不一的網狀裂縫，大幅減弱巖層的整體強度，卸壓范圍相對較大，能起到弱化厚硬頂板、降低沖擊致災隱患的作用[20-21]。但這種方法多應用于堅硬巖層起防沖減災的作用；當遇到孤島工作面這種條件以及軟巖巷道時則適用性有限，且這種方法雖然能夠實現區域壓裂，但很難覆蓋巷道全長范圍，難以達到配合支護后“一次支護，永不返修”的效果。

因此，從孤島工作面存在的典型懸頂類型開展研究，提出了1 種基于長水平孔的全長水力壓裂方式，探討了其卸壓機理，并在某礦孤島工作面現場進行施工應用；同時建立了1 種多參量、分階段的卸壓效果評價方法，綜合多種監測手段，對同一巷道卸壓過程中卸壓段與未卸壓段、卸壓完成后卸壓巷道與未卸壓巷道的典型參量進行觀測分析，兼顧工程現場關注的采場和巷道的圍巖控制效果，更為真實全面地反映卸壓的效果；為孤島工作面下強礦壓巷道的水力壓裂卸壓技術方式與圍巖控制評價方法提供了思路與指導。

1 孤島工作面強礦壓巷道懸頂及卸壓機理

1.1 懸頂類型及危害

深井條件下的孤島工作面由于應力環境復雜，屬于強動壓的高危工作面，礦壓顯現程度強烈，若是基本頂垮落不及時造成大面積懸頂，會惡化采場和巷道的應力環境，有發生沖擊地壓和暴風的危險，因此對于孤島工作面可能存在的懸頂類型進行分析并采取相應措施是必要的?？偨Y來說孤島工作面回采巷道上覆基本頂存在的懸頂類型主要有3 種，3 種懸頂類型如圖1。

圖1 孤島工作面回采巷道3 種懸頂類型Fig.1 Three types of overhanging roof in isolated working face mining roadway

1）工作面側向采空區懸頂。這主要是由于歷史開采過程中相鄰工作面雖已采空但間隔時間不長，頂板巖層垮落不充分，仍存在穩定結構，造成側向存在懸頂現象，這種懸頂類型在本工作面開采過程中有隨時垮落的風險。

2）工作面后方采空區懸頂。這主要由于孤島工作面端頭和中部的低位基本頂并未隨采及時垮落，產生懸頂壓力并傳遞至兩巷頂板巖層，若形成大范圍的懸頂，會對上覆高位巖層的垮落造成障礙。

3）工作面上部高位巖層結構的懸頂。由于孤島工作面的開采空間上方存在大范圍、高載荷的巖體，若是低位的基本頂垮落不及時，采空區無法給上部高位頂板提供足夠支撐，會增大高位巖層的懸頂范圍與面積，存在高位巖層頂板連帶低位頂板大范圍垮落可能。

這3 種懸頂現象均會對孤島工作面采場和巷道的安全產生嚴重威脅，對于孤島工作面回采巷道來說，由于已處于兩側甚至三側采空，開采過程中回采巷道受到的動壓本就明顯，存在支護體結構失效、圍巖破碎嚴重的現象，若存在上述3種類型的大面積懸頂，則會讓變形嚴重的巷道圍巖維護更加困難。

1.2 深孔壓裂類型及長水平孔壓裂機理

1.2.1 深孔壓裂類型按壓裂方式劃分

進行深孔壓裂卸壓的主要目的是處理煤層上方對礦山壓力顯現起關鍵作用、但難以垮斷的厚硬頂板，避免其造成大范圍懸頂。目前我國煤礦應用最多的深孔壓裂卸壓方式，主要為爆破卸壓和水力壓裂卸壓2 種。這2 種方式均是以破壞頂板完整性、減少其彈性能積聚程度為目的，通過人為可控的不同手段在頂板巖層中制造裂隙缺陷，并最終利用礦山壓力促使頂板按照預想位置有序破斷，進而減少工作面的礦壓顯現程度，并實現沖擊地壓的防控。深孔爆破卸壓主要是借助裝藥爆破的沖擊作用，破壞基本頂的完整性，使得爆孔周圍產生裂隙和破碎區，相鄰爆孔裂隙貫通或破碎區相連，在礦山壓力的作用下切斷頂板，但這種壓裂方式存在較大的不確定性，火藥政策和運輸保存等多因素也使其在井工現場實施起來也存在較大風險。相比之下，深孔定向水力壓裂能克服以上缺陷，通過在目標的堅硬巖層中預制人為可控的初始裂隙，利用高壓泵向孔內持續輸入高流量的水，致使初始裂紋在預裂巖層內沿預定方向起裂擴展直至裂紋發育完全，最終切斷頂板。

1.2.2 深孔壓裂類型按壓裂目標劃分

文獻[8]曾對頂板深孔定向壓裂技術對頂板的切斷作用和防沖類型進行了總結，深孔定向壓裂切頂類型如圖2。

圖2 深孔定向壓裂切頂類型Fig.2 Types of deep hole directional cutting roof pressure relief

深孔定向壓裂切頂具體可分為3 種類型：①切斷側向采空區和煤柱上方頂板，防治煤柱型沖擊地壓；②切斷工作面超前采動應力范圍內的頂板，防治工作面沖擊頂板預裂；③初采安裝支架前以及末采從回撤通道向工作面進行預裂切斷頂板，防治初末采期間的工作面沖擊地壓。

1.2.3 基于長水平孔的深孔全長水力壓裂

頂板深孔的定向水壓致裂對于頂板原生裂隙發育或者頂板受超前采動影響嚴重，內部裂隙擴展發育時，適用性受到一定制約。這種水力壓裂方法同樣存在鉆孔工程量大、卸壓范圍小的弊端，只能完成對于頂板的局部卸壓，對于大范圍高位堅硬頂板則難以處理，尤其是遇到孤島工作面這種應力環境復雜、采場與巷道幾乎全范圍處于高應力狀態，應用起來有較大的局限性。深孔長水平孔壓裂技術，能夠實現對于頂板大范圍地進行區域弱化，從而將完整而較堅硬的頂板巖層分割成多層，達到聯通裂隙和有序垮落的目的，保證工作面和巷道頂板按照設計的結構進行切落?；陂L水平孔的條帶區域壓裂卸壓原理如圖3。

圖3 基于長水平孔的條帶區域壓裂卸壓原理Fig.3 Pressure relief principle of long horizontal holes in strip zone

通過優化長水平孔鉆場和鉆孔的布置方式，可以在堅硬頂板構筑起覆蓋全長的條帶，弱化范圍不僅可以改善本工作面端頭和采空區上方頂板的空間結構形態，而且可以調整相鄰工作面采空區內處于暫時穩定的覆巖空間結構形態，降低兩側采空區頂板巖層向工作面端頭巷道傳遞應力的等級，起到調控巷道應力等級的目的。

2 孤島工作面長水平深孔區域壓裂卸壓工程實踐

山西某礦3203 工作面為典型孤島工作面，兩側分別為3201 和3205 工作面采空區，巷道布置情況如圖4。

圖4 3203 孤島面巷道布置Fig.4 Roadways layout of 3203 isolated working face

按照以往的回采經驗，3203 工作面回采期間受相鄰工作面和本工作面回采產生的雙向超前支承應力疊加影響，導致工作面巷道受到的應力集中系數很高，由于強采動影響，3203 回采巷道在掘進過程中圍巖壓力大，巷道變形嚴重，有大量錨桿和錨索破斷的現象。在開采過程中，工作面超前段塑性破壞區范圍急劇增大，巷道呈現出全斷面來壓、全斷面強烈變形特征，嚴重制約著工作面安全和正?；夭?。

為實現工作面的安全高效開采，設計對工作面上部堅硬頂板進行井下長水平孔壓裂，切斷堅硬頂板的側向懸頂，使工作面巷道實現有效卸壓。

2.1 現場應力環境實測

為了更好地探測深部頂板巖層的強度及完整度，為深孔長水平水力壓裂的層位選擇提供指導，采用鉆孔觸探法在3203 孤島工作面周邊及同采區區域選擇6 個測點進行圍巖結構體觀測與原位強度測試，其中頂板測試深度為50 m。

頂板強度測試結果具體為：①頂板0～2.8 m為黑色泥巖，強度平均值為20.16 MPa；②2.8～7.6 m 為泥質粉砂巖，強度平均值為42.59 MPa；③7.6～14.8 m 為砂巖，強度平均值為68.82 MPa；④14.8～16.63 m 為泥質粉砂巖，強度平均值為41.23 MPa；⑤16.3～31.6 m 為砂巖，強度平均值為67.16 MPa；⑥31.6～38.4 m 為砂質泥巖，強度平均值為48.33 MPa；⑦38.4～47.2 m為泥質砂巖，強度平均值為55.85 MPa；⑧47.2～50 m為泥巖，強度平均值為31.84 MPa。

試驗過程中采用礦用電子鉆孔窺視儀對6 組鉆孔的幫、頂煤體圍巖結構進行觀察。結果顯示巖層分布與強度測試揭示的結果基本一致，但不同位置巖層的破碎程度有明顯區別，如靠近側向采空區，16～25 m 范圍的中砂巖基本頂破碎程度高，裂隙發育；在靠近工作面區域，頂板的完整度整體較好，裂隙發育程度遠不如采空區側。對于幫部煤體，0～1.4 m 范圍穩定性較高，1.4～～4 m 范圍煤體松軟完整度差，4 m 后塌孔現象普遍。

經地應力測試，3 號煤層所測區域最大水平主應力最值為20.90 MPa，垂直應力最大值為18.46 MPa，地應力場最大水平主應力優勢方向為NNW方向。相關研究表明，最大水平主應力對巷道的頂底板影響作用大于對巷道兩幫的影響。

2.2 長水平孔大規模壓裂設計及現場施工

3203 孤島工作面的壓裂工作分為2 部分，分別為運輸巷的全長壓裂及回風巷的區域壓裂，壓裂設計布置圖如圖5，定向鉆孔參數設計見表1。

表1 3203 孤島工作面巷道頂板設計走向長鉆孔參數Table 1 Parameters of long borehole for roof design of 3203 isolated island face

圖5 3203 孤島工作面水力壓裂鉆孔及微震監測布置平面Fig.5 Hydraulic fracturing drilling and microseismic monitoring layout plan of 3203 isolated island face

在層位選定時，結合圍巖原位強度測試結果及圍巖結構體窺視的結果，并針對上述的3 種懸頂類型進行綜合確定：①考慮工作面側向采空區懸頂：由強度測試可知16.3～31.6 m 為砂巖強度較高但窺視結果表明25 m 之下的砂巖基本頂破碎程度高，25～3.6 m 范圍內的砂巖交互層巖層較為完整，故確定30 m 作為采空區側壓裂層位；②考慮本工作面后方采空區懸頂：工作面端頭處25 m 之下的砂巖基本頂完整程度高，這樣壓力會傳至巷道，故確定頂板20 m 處作為壓裂層位以切斷工作面懸頂應力傳遞；③考慮工作面上部高位結構：懸頂存在大范圍垮落可能，而頂板38.4～47.2 m 存在平均強度約56 MPa 的泥質砂巖，故確定工作面頂板40 m 作為壓裂層位布置高位壓裂鉆孔。

最終確定運輸巷施工計劃2 個鉆場，每個鉆場施工單向3 個鉆孔、雙向6 個鉆孔，全長范圍內合計12 個鉆孔，實現運輸巷道的全長處理。其中鉆場1 位于運輸巷道距工作面巷道開口1 700 m附近（距工作面切眼約330 m），在煤柱側開掘，尺寸（長×寬×高）為8.0 m×5.0 m×3.5 m。共設置單向3 個鉆孔、雙向6 個鉆孔，朝向工作面切眼方向布置1 號鉆孔、2 號鉆孔和3 號鉆孔，朝向工作面終采線方向布置4 號鉆孔、5 號鉆孔和6 號鉆孔。鉆場2 位于運輸巷道距工作面巷道開口700 m 附近（距工作面切眼約1 330 m）在煤柱側開掘，尺寸（長×寬×高）為8.0 m×5.0 m×3.5 m。共施工單向3個鉆孔、雙向6 個鉆孔，朝向工作面切眼方向布置7 號鉆孔、8 號鉆孔和9 號鉆孔，朝向工作面終采線方向布置布置10 號鉆孔、11 號鉆孔和12 號鉆孔。

3203 工作面回風巷布置1 個鉆場，采取施工單向3 個鉆孔，朝向工作面終采線方向布置1 號鉆孔、2 鉆孔和3 號鉆孔。鉆場位于回風巷道距工作面巷道開口630 m 附近，鉆場在煤柱側開掘，鉆場尺寸（長×寬×高）為8.5 m×4.5 m×3.5 m。

在施工過程中，由于3203 工作面頂板存在多個擠壓帶，并處于煤層層位異常變動區域，自運輸巷1#鉆場至切眼位置煤層底板等高線由581.1 m爬升至623.7 m，自然爬升42.6 m。3 號煤層頂板賦存有多處煤線和破碎帶，加之是孤島工作面，經歷2 次采動影響，頂板與采空區導通裂隙較多，施工初期頂板異常狀況較多。結合嚴格的施工流程管理，通過1 號、2 號和3 號鉆孔的鉆進試驗，最終實現了孤島工作面復雜困難地質條件下的定向鉆孔施工，具體鉆孔施工情況見表2。

表2 3203 孤島工作面巷道頂板施工走向長鉆孔參數Table 2 Long borehole parameters of roadway roof construction in 3203 isolated working face

3 長水平壓裂多參量效果檢驗參數和方法

選取的采場礦壓評價指標主要包括工作面周期來壓情況、來壓動載系數、支架工況、采場應力場分布、覆巖破斷情況和頂板下沉量及采高；選取的巷道礦壓評價指標包括于圍巖完整度、圍巖變形量和支護結構受力情況，效果檢驗指標選取及數據來源如圖6。

圖6 效果檢驗指標選取及數據來源Fig.6 Effectiveness test indexes selection and data sources

根據卸壓工程的推進，進行綜合對比評價：①在同一巷道卸壓過程中利用卸壓段與未卸壓段進行對比；②全長卸壓完成后利用卸壓巷道與未卸壓巷道進行對比。這種分階段評價方法一方面能夠做到從不同尺度內評價分段卸壓和全長卸壓的效果優劣，另一方面能在卸壓過程中不斷評價更新，優化卸壓布置方式，取得更好卸壓效果。

4 區域卸壓效果

4.1 采場礦壓變化

4.1.1 卸壓過程中壓裂段與未壓裂段對比

在3203 回風巷壓裂前后共統計分析周期來壓42 次，其中壓裂前30 次，壓裂后12 次。卸壓前后周期來壓情況和卸壓前后支架阻力變化情況如圖7 和圖8。

圖7 卸壓前后周期來壓情況Fig.7 Pressure change after pressure before relieving pressure

圖8 卸壓前后支架阻力變化情況Fig.8 Support resistance change before and after relieving pressure

由圖7（a）可知：工作面周期來壓呈現“大小周期，周期性強動載來壓”的特征，大周期來壓步距15～25 m，小周期來壓步距7～10 m；壓裂前（即未壓裂段）的平均周期來壓步距為12.26 m，壓裂后（即壓裂段）的平均周期來壓步距為9.48 m。長水平孔壓裂極大縮短工作面周期來壓步距。由圖7（b）可知：壓裂前，來壓動載系數區間為1.7～3.2，平均動載系數為2.03；而壓裂后，來壓動載系數區間為1.5～2.5，平均動載系數為1.85。

由圖8（a）可以看出：中部支架和靠近回風巷區域的支架平均工作阻力顯著降低，降低幅度為4～8 MPa。由圖8（b）可以得出：壓裂后工作面液壓支架高工作阻力所占比例明顯降低，其中工作阻力大于35 MPa 的比例由27.28%降至16.09%，與此同時，支架壓力低值（0～15 MPa）所占比例升高，壓裂有效弱化頂板，使得懸頂距離減小。

4.1.2 卸壓完成后卸壓巷道與未卸壓巷道對比

3203 工作面運輸巷壓裂后，對周期來壓情況進行統計分析，共選取50 次周期來壓，將工作面分為3 個區域：①0～24 號支架區域為工作面靠近運輸巷區域；②34～64 為工作面中部區域；③74～94 為工作面靠近回風巷區域。工作面分區來壓情況如圖9。

圖9 全長壓裂后周期來壓情況Fig.9 Periodic weighting after full-length fracturing

由圖9（a）可知：運輸巷頂板經過區域壓裂后，周期來壓頻次較高，基本頂斷裂及時；而靠近回風巷區域（未壓裂）頂板來壓頻次較低，基本頂懸頂長度較大。由圖9（b）可知：工作面中部區域頂板來壓43 次，占全部來壓的53%，靠近運輸巷上覆基本頂巖層由于壓裂作用，發生周期來壓24 次，占比30%；相比之下，回風巷頂板來壓11 次，占比17%，頂板垮落較慢。由圖9（c）可知：工作面靠近運輸巷側（壓裂）區域來壓平均動載系數1.78，3203 工作面中部區域為1.87，而工作面靠近3203 回風巷側（未壓裂）區域為2.13，動載系數呈現工作面方向由運輸巷向回風巷（壓裂區域向未壓裂區域）逐漸增大的規律，說明區域壓裂能夠有效弱化頂板并起到切頂的作用，削弱動載載荷。

選取靠近運輸巷的4 號與14 號支架與靠近回風巷的84 號與94 號支架的工作阻力進行對比分析，運輸巷和回風巷區域支架阻力分布情況如圖10。

4 號支架的阻力均小于25 MPa，其中阻力分布于0～15 MPa 區間內的占比將近85%，支架工作阻力較??；14 號支架工作阻力分布于10～15 MPa區間的最多，超過30%，且工作阻力處于低值的情況較多。

相比之下，84 號和94 號支架靠近工作面回風巷側，可以明顯發現高工作阻力分布占比明顯升高，其中84 號支架工況顯示工作阻力位于20～25 MPa 區間占比最高，接近40%；低工作阻力分布比例較少，50 MPa 以上高工作阻力分布顯著增多；94 號支架表現為各個工作阻力區間分布較為均勻，高阻力分布比例較高。

由此分析可知，靠近運輸巷側頂板區域由于壓裂作用對上覆巖層進行了條帶弱化后，改善了支架工況，顯著降低了支架工作壓力。

4.2 巷道圍巖穩定性變化

4.2.1 卸壓過程中壓裂段與未壓裂段對比

選取3203 運輸巷壓裂1#鉆場壓裂過程中典型測點的離層量進行分析，卸壓過程中頂板離層量對比如圖11 和圖12。

圖11 距巷口700 m 測點壓裂前后頂板下沉量Fig.11 Roof subsidence before and after fracturing measured at 700 m from roadway entrance

圖12 距巷口600 m 測點壓裂前后頂板下沉量Fig.12 Roof subsidence before and after fracturing measured at 600 m from roadway entrance

壓裂前頂板離層量增幅較大且劇烈，在壓裂后隨著工作面推進頂板離層量增加，但比較緩和。表明水力壓裂孔的施工削弱了上覆堅硬頂板的應力傳遞通道，有效地弱化了巷道圍巖的應力集中程度，減緩了頂板離層量的發育，弱化了巷道變形程度，繼而避免了頂板突然離層垮斷所造成的動載礦壓顯現。

4.2.2 卸壓完成后卸壓巷道與未卸壓巷道對比

在3203 工作面運輸巷進行定向長水平孔大規模壓裂后，對壓裂實施后3203 工作面運輸巷和回風巷圍巖變形進行了監測，巷道圍巖變形量對比分析直方圖如圖13。

圖13 巷道圍巖變形量對比分析直方圖Fig.13 Diagrams of tunnel surrounding rock deformation comparative analysis

對900～1 500 m 之間的巷道圍巖變形測站數據進行了統計分析，結果表明壓裂后相同回采測點處3203 運輸巷與3203 回風巷相比兩幫移近量降低了13.7%～38.46%，平均降低了27.63%；頂板下沉量降低了8.7%～40%，平均降低了26.75%；底鼓量降低了10%～60%，平均降低了36.19%；斷面收縮變形量整體平均降低了30.19%。

4.3 微震監測結果

3203 工作面于7 月布設微震設備對覆巖破斷情況和能量事件進行監測，此時正為回風巷鉆場水力壓裂施工的中后期，對微震監測數據進行分析，微震監測數據如圖14～圖17。

圖14 微震事件分布圖Fig.14 Distribution of microseismic events

由圖14 可知：壓裂前45 d，發生微震事件次2 263 次，微震事件發生頻次多；范圍在超前工作面300 m 至后方600 m，微震發生范圍廣；與工作面相鄰的工作面與采空區微震事件頻發。頂板懸空距離長，采空區頂板滯后工作面持續活動明顯；而壓裂后45 d，發生微震事件次569 次；范圍在工作面前120 m 至后方300 m，顯著減少。

由圖15 可知：壓裂前工作面頂板積聚彈性能量大，范圍跨度廣，形成了較長懸頂；而壓裂后工作面頂板能量高集中區域小，頂板能夠順利垮落。

圖15 微震事件累計能量變化Fig.15 Accumulated energy change of microseismic events

由圖16 可知：在壓裂前，微震能量事件活動顯著，頻次多，能量大；而壓裂后，微震事件顯著減少。

圖16 微震事件能量和頻次變化Fig.16 Energy and frequency changes of microseismic events

由圖17 可知：壓裂前，微震事件發生在頂板0～20 m 層位分布最多，占頂板微震事件的62%，聚集分布層位對應于頂板的下位細砂巖基本頂；而壓裂后微震事件發生頂板更高位巖層20 m 及以上分布最多，約占頂板事件的68%。區域水力壓裂能夠有效起到切頂卸壓的作用，使得工作面上位臨近的基本頂順利垮落。

圖17 微震事件發生層位變化Fig.17 Occurrence horizon change of microseismic events

5 結 語

1）分析了孤島工作面回采巷道在復雜應力條件下存在的工作面側向采空區頂板懸頂、工作面采空區側頂板懸頂以及上部高位巖層結構懸頂3種類型。切斷懸頂常見的深孔壓裂手段有爆破卸壓和水力壓裂卸壓2 種。壓裂原理和切斷頂板類型進行總結，提出了基于長水平孔的全長水力壓裂方式，能夠通過優化長水平孔鉆場和鉆孔的布置方式，可以在堅硬頂板構筑起覆蓋全長的條帶弱化帶，實現對于頂板大范圍地進行區域弱化。

2）在某礦3203 孤島工作面進行巷道頂板全長卸壓的應用。通過在運輸巷布置2 個鉆場，在每個鉆場內在預設的3 個層位內分別施工長水平單向鉆孔及雙向鉆孔，實現了同一區域巷道頂板不同層位內長水平孔卸壓效果的“并聯”以及全長巷道內不同區域長水孔區域卸壓效果的“串聯”，最終實現對于孤島工作面強動壓巷道卸壓的全長處理。

3）采用多種手段分別監測孤島工作面采場及巷道的礦壓及圍巖變形情況；通過從采場和巷道2 方面的監測數據中分別選取多種參量作為評價指標，對卸壓效果做出綜合評價。提出了分階段的壓裂效果檢驗方法：即根據卸壓工程的推進度，在同一巷道卸壓過程中利用卸壓段與未卸壓段進行對比；卸壓完成后利用卸壓巷道與未卸壓巷道進行對比。

4）結合多種監測手段，通過多參量、分階段的分析，可以發現：通過對孤島工作面上覆巖層堅硬的關鍵層位進行長水平孔分段注水壓裂，能在堅硬頂板構筑弱化條帶，達到改善本工作面端頭和采空區上方頂板的空間結構形態，縮短工作面周期來壓步距，降低工作面超前支承應力的峰

值的作用，從時間和空間上優化工作面超前區域應力場的分布狀態，轉移煤柱與巷道圍巖的高應力，減小采動應力的影響，顯著降低回采期間的巷道變形量，實現孤島工作面的安全高效回采。