煤炭科学技术

作者：徐成, 仇海生, 吕晓波, 张开加, 郭怀广,

关键词：水力压裂, 纵向切槽, 裂缝偏转距, 切顶卸压,

纵向切槽水力压裂作为一项强烈动压巷道切顶卸压技术，核心是控制裂缝开裂以及扩展方向，然而裂缝在定向起裂后通常受最大主应力的影响而发生偏转，裂缝的扩展方向与地应力条件、切槽角度、泵流量以及岩石力学性质等多种因素有关。对纵向切槽水力压裂多因素影响下的裂缝偏转规律展开研究，为纵向切槽水力压裂钻孔施工设计提供1种借鉴方法。采用ABAQUS软件中的XFEM模块，建立纵向切槽水力压裂二维模型，通过与前期纵向切槽水力压裂物理试验结果对比，实现了数值模型可行性验证，进而建立大尺寸纵向切槽水力压裂模型对煤矿顶板砂岩条件下的纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律展开了详细研究。结果表明：水平应力比为重要的裂缝偏转距影响因素，在垂直主应力为10 MPa，最小水平主应力为6 MPa，水平应力比由1.5增加到3.5过程中，裂缝偏转距先后减小55.3%、56.9%和41%；切槽角度对裂缝扩展路径影响较大，对裂缝偏转距影响相对较小；水平应力比为1.5与2.0两种条件下，泵流量由30 L/min增加到180 L/min过程中，裂缝偏转距不断增大，且具有较大增长幅度，在水平应力比为2.5条件下，裂缝偏转距的增长幅度明显减弱；水平应力比分别为1.5、2.0、2.5的3种条件下，泵流量90 L/min对应的裂缝偏转距分别为4.05、1.81、0.75 m，可通过大幅提升泵流量，实现偏转距的较大增长；该研究对纵向切槽水力压裂泵流量的选取以及不同条件下钻孔间距的确定具有参考意义。

来源：2021年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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