水力压裂弱化压力拱调控采动应力机理
马英1
吴群英2
李建忠3
高富强1
娄金福1
原贵阳1
杨锦鸿1
1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 1000132.陕西有色金属控股集团有限责任公司,陕西 西安 7100753.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;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)能源与矿业学院,北京 100083
摘要：水力压裂是煤矿巷道围岩卸压的关键技术之一,其参数优化对实现围岩有效卸压与应力转移至关重要.以某矿综采工作面为工程背景,综合采用物理相似模型试验与UDEC离散元数值模拟,系统研究了水力压裂作用下工作面底板及煤柱应力演化规律,揭示了水力压裂弱化压力拱调控采动应力的卸压机理,并分析了压裂层位高度与压裂区岩体损伤程度对卸压效果的影响.研究结果表明:(1)当水力压裂裂缝扩展区位于煤体高应力区上方时,底板及煤体浅部高应力区域垂直应力峰值降低 10.8%～12.1%,深部低应力区垂直应力峰值增加 1.1%;(2)水力压裂裂缝分布于压力拱高应力传递路径上时,可显著削弱该区域顶板承载能力,促使高应力向深部转移,形成浅部小范围、大幅度卸压与深部大范围、小幅度增压分布特征,揭示了水力压裂通过弱化压力拱结构来调控应力转移路径的卸压机理;(3)卸压效果与压裂层位高度、压裂影响区岩体劣化程度密切相关,垂直层位升高使卸压范围向深部延伸和浅部煤体应力增大.水力压裂影响区岩体损伤程度增加则显著提升高应力区卸压幅度,进一步抑制损伤区岩体传递压力拱高应力的能力,促使高应力向深部岩体转移;(4)现场应用表明,水力压裂可显著降低煤柱应力,有效提高巷道围岩稳定性.研究结果为煤矿坚硬顶板弱化、冲击地压防治及强采动巷道卸压等水力压裂参数优化提供了理论参考和科学依据.
关键词：水力压裂强采动应力应力调控压力拱卸压机理
分类号：TD32(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC2907502)国家自然科学基金(52304090)中煤科工开采研究院有限公司科技创新基金资助项目(KCYJY-2023-MS-01)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-05（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 215-228 )
英文信息