套筒压裂作用下岩石细观裂隙与能量演化规律探究
胡善超1
韩金明1
黄俊鸿1
平立芬2
程亚飞1
高志豪1
郭世豪1
杨磊1
1.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 2665902.山东东山王楼煤矿有限公司,山东济宁 272063
摘要：为从细观层面揭示不同围压作用下套筒压裂岩石破坏机理及能量运移规律,基于套筒压裂试验以及膨胀力测定试验构建了PFC3D数值模型,采用离散元法对套筒压裂过程开展数值模拟,结合声发射信息探究了套筒压裂过程中不同围压对岩石细观裂隙及能量变化的影响规律,并依据弹性力学揭示了套筒压裂力学机制,研究结果表明:①套筒注液过程存在压力损失,依据注液压力损失率可将注液过程大致划分为充填阶段、增压阶段、快速增压阶段.注液压力与套筒膨胀力呈线性关系,其修正系数为 0.678.②基于PFC3D所构建的数值模型能够较好的反映套筒压裂过程中岩石力学性质与变形破坏特征,岩石压裂过程以张拉破坏为主.围压决定着裂缝的扩展路径,并对岩石内部微裂纹的生成起抑制作用.随着应力差的逐渐增大,岩石内部剪切裂纹数量及占比均逐渐增大.③声发射信号可分为平静期与活跃期,累计裂缝数目曲线呈现阶梯状上升.无围压条件下,声发射特征呈现单峰值分布;有围压条件下,声发射特征呈现多峰值分布,压裂过程存在多个破坏阶段.④套筒膨胀力作用范围有限,环向拉应力作用范围与套筒膨胀力呈现对数关系.切向应力随应力差的增大而增大,当夹角φ取值为 45°或 135°时,岩石内部剪切破坏最明显.⑤同一膨胀力作用下,围压越大岩石内部输入能越小.不同围压条件下岩石的输入能、弹性能、耗散能均出现不同程度的激增,这主要是由于宏观裂缝的形成引发了钻孔扩容;耗散能平均增长速率更快,为弹性能的1.27～1.55倍.
关键词：套筒压裂岩石力学细观裂隙力学机制能量演化
分类号：TD313(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52274087)国家自然科学基金(51904166)山东省自然科学基金资助项目(ZR2023ME189)
论文发表日期：2024-02-25
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：13( 79-91 )
英文信息