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采煤工作面坚硬顶板的存在会导致工作面回采后,采空区顶板悬顶面积过大,进而在工作面四周形成较大的支承压力,不利于回采巷道维护。同时,坚硬顶板的大面积断裂垮落,尤其是坚硬顶板的大面积突然垮落,给工作面正常生产带来了冲击矿压隐患,严重影响威胁工作面安全生产。因此,本文借助数值模拟软件,综合运用理论分析、现场实测等方法以潞宁煤业31101工作面为工程背景对浅埋缓倾斜煤层综采工作面水力压裂预处理坚硬顶板技术进行了全面系统的研究,主要研究内容及成果如下:(1)通过分析潞宁煤矿31101工作面顶底板特征、原岩应力状态等采矿地质条件,提出坚硬顶板的特性是导致该工作面矿山压力较大、矿压显现明显的原因。(2)根据31101工作面工作面应力拱的影响因素分析,总结工作面采场顶板破断的模式,为后期水力压裂方案设计提供依据。利用FLAC3D模拟了31101工作面坚硬顶板条件下的工作面的采动应力场,分析出31101工作面应力场垂直原岩应力为5.43Mpa。由于工作面推进,工作面前后方围岩体内应力值增加,且增加的幅度越来越大,其应力集中系数从开采6m时的1.47上升到96m时的3.22;31101工作面前方10m以内为卸压区,10~68m范围为应力集中区,超过68m为原岩应力区;当工作面推进24m时,应力集中区内地应力分布发生改变,此时最小水平应力为最小地应力。(3)通过分析采场裂隙带分布的基本规律,结合31101工作面顶板各岩层的岩性、厚度特征,确定31101工作面坚硬顶板的完全充填采空区所需要的垮落带高度,并以此为基础确定31101工作面水力压裂致裂最高高度为7.5m。结合FLAC3D软件,分析了31101工作面坚硬顶板在回采过程采场裂隙带分布规律。(4)研究了无预制切槽状态下,注水压力与水力裂纹扩展长度、主应力之间差值之间的关系,同时建立了带有预制切槽的水力压裂钻孔研究模型,并探究了不同预制切槽状态下,水力裂纹扩展的规律。(5)通过对31101工作面坚硬顶板的应力场和裂隙场分析,结合水力压裂的技术特征,提出31101工作面坚硬顶板的水力压裂方案,并制定了完善的安全技术措施。经过现场试验,成功的减小了31101工作面悬顶面积,缩短了31101周期来压步距,取得了良好的效果。论文共计图81幅,表19个,参考文献91篇。