DOI: 10.11799/ce202503018
煤矿井下水平钻孔压裂裂缝起裂特征研究
赵凯凯1
朱凯雄2
冯彦军2
孙晓冬2
郑仰发2
王鹏2
王宇3
1.煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013;中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;天地科技股份有限公司,北京 100013;中国科学院地质与地球物理研究所,北京 1000292.煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013;中煤科工开采研究院有限公司,北京 1000133.煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013;中国矿业大学(北京),北京 100083
摘要：为了厘清煤矿井下水平钻孔压裂裂缝的复杂起裂行为,以煤矿井下地应力回归公式、钻孔孔壁应力分布以及最大拉应力准则为基础,构建了煤矿井下水平孔压裂裂缝起裂的理论计算模型,进而对地层埋深和钻孔方位对裂缝起裂特征参数的影响规律进行了研究.同时采用三维离散格子数值模拟方法,对水平钻孔压裂裂缝的起裂动态演化过程进行了模拟.结果表明:水平孔压裂裂缝的起裂压力会受到地层埋深与钻孔方位角的共同作用.起裂压力与地层埋深呈正相关关系,当埋深从150 m增加到 1100 m时,起裂压力峰值的增幅约为 46.47 MPa.在埋深小于 1100 m 的情况下,起裂压力随钻孔方位角的增加呈现先增大后减小的趋势.起裂参数突变点所对应的钻孔方位角会随埋深的增加而单调递减,在突变点附近,起裂压力达到峰值,并且起裂位置从 90°突变为 0°.裂缝的方向角由约0°突增至某一正值,随后呈现出类似抛物线的变化特征,在埋深 1100 m以内,裂缝方向角均小于27.08°.钻孔压裂裂缝起裂演化过程表现为微破裂点的萌生、孔壁破裂线的发育以及宏观裂缝椭圆形的自相似扩展等多个阶段的演化过程.研究结论能够为煤矿井下水力压裂水平钻孔的布置方案优化提供参考和借鉴.
关键词：水力压裂水平钻孔地应力裂缝起裂地层埋深
分类号：TD82(矿山开采)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFC3004604)国家自然科学基金(52404129)国家自然科学基金(52304141)
论文发表日期：2025-03-20
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 134-142 )
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