煤炭工程

作者：武少国,王元杰,苏士杰,赵乾,刘宁,李岩

单位：1. 乌审旗蒙大矿业有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 0173002. 中煤科工开采研究院有限公司，北京 1000133. 矿山顶板灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室，北京 1000134. 中天合创能源有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017300

关键词：水力压裂 , 切顶卸压 , 离散元法 , 裂隙扩展 , 损伤区, 颗粒运移 , 厚硬顶板,

为明确煤矿水力压裂切顶卸压过程中岩石水力裂隙的时空演化规律，研究采用离散元方法构建水力压裂裂隙扩展与颗粒运移耦合模型，系统分析裂隙数量及形态、颗粒运移特征、损伤区面积对水压、内聚力、孔隙率及杨氏模量的响应规律。结果表明: ①水压增大促使裂隙从线性扩展向复杂网状或分支形态转变，为颗粒运移提供更多通道，进而扩大损伤区面积；但过高水压会引发压实效应，降低裂隙通道有效性并抑制损伤区扩展。②内聚力提升使裂隙扩展更趋规则，颗粒位移模式由无序转为有序；孔隙率影响裂隙扩展复杂性与颗粒位移幅度，中等孔隙率条件下颗粒位移范围与幅度最优；杨氏模量增大使裂隙扩展路径更集中，颗粒位移的方向性显著增强。③裂隙时间演化过程可划分为起裂阶段（无裂隙增长）、微裂纹扩展阶段（裂隙缓慢增长）及裂纹快速扩展阶段（裂隙稳定快速增长），且不同变量条件下的水力裂隙时间演化曲线均呈指数函数分布。研究成果可为煤矿顶板水力压裂切顶卸压工艺参数优化及卸压效果提升提供理论支撑。

来源：2025年第10期

《煤炭工程》期刊编辑部

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