煤炭科学技术

作者：鲍先凯, 张童, 崔广芹, 姜斌, 张晓凡, 乔建龙,

关键词：水中高压放电, 声发射, 裂纹断裂演化, PFC^2D数值模拟, 致裂效果,

水中高压电脉冲压裂煤岩储层是提高煤层气开采效率的重要手段。为研究水中高压电脉冲压裂煤岩体过程中的裂纹断裂演化特征及规律，基于声发射技术，通过开展水中高压电脉冲压裂煤岩体试验，利用振铃、能量定量分析了不同放电电压作用下裂纹断裂演化特征，利用事件分布以及分形维数分析了裂纹发育扩展规律，结合PFC2D颗粒流数值模拟，与试验声发射参数对比，进一步从细观尺度研究了裂纹起裂扩展形态特征。结果表明：静水压一定的条件下，不同放电电压致裂煤岩体存在最佳放电次数，煤岩体试件声发射累积振铃计数、最大振铃计数以及累积能量达到峰值，达到最佳放电次数后继续放电，各参数逐渐减小。随着放电电压、放电次数增加，煤岩体内部形成大量微裂纹和多条斜向45°的X形主裂纹，达到最佳放电次数后继续放电，微裂纹数量、规模、密集程度基本不再增加，而贯通性主裂纹进一步发育、扩展，长度继续增加。随着放电次数增加，分形维数值逐渐减小，裂纹逐渐从随机、无序性微裂纹向有序性、贯通性主裂纹调整，裂纹复杂程度逐渐减小。数值模拟结果显示：钻孔水中放电后煤岩体钻孔周围形成了大量微裂纹和数量不等的主、次裂纹，随着放电电压和放电次数的增加，主裂纹长度增加明显。研究结果可为水中高压电脉冲压裂煤岩储层技术应用提供理论支撑。

来源：2025年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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