煤炭工程

作者：赵凯凯,朱凯雄,冯彦军,等

单位：1. 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室，北京 1000132. 中煤科工开采研究院有限公司，北京1000133. 天地科技股份有限公司，北京 1000134. 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 1000295. 中国矿业大学（北京），北京100083

关键词：水力压裂 , 水平钻孔 , 地应力 , 裂缝起裂 , 地层埋深,

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150m增加到1100m时，起裂压力峰值的增幅约为46.47MPa。在埋深小于1100m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1100m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。

来源：2025年第3期

《煤炭工程》期刊编辑部

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