煤炭科学技术

作者：林榆昆, 刘江伟, 陈绍杰, 李楠, 王霄飞, 刘耀友, 路志远,

关键词：凝胶压裂, 裂缝扩展, 坚硬岩层, 水力压裂, 力学响应,

水力压裂技术是常用的物理破岩方法之一，可解决坚硬岩石截割困难的问题，但其水压裂缝通常沿垂直于最小主应力的方向扩展，裂缝数量少且形态单一，影响矿山破岩效果和生产效率。为进一步提高矿山破岩效果，提出一种凝胶压裂的新型压裂技术。基于自研的煤岩体真三轴水力压裂模拟试验系统，开展纯水压裂、先纯水压裂后凝胶压裂及不同质量分数的凝胶压裂试验，采用电子压力记录仪实时监测试块破裂的压力信息，对比分析岩石破裂压力变化规律及对应的破裂行为；通过对比分析试块宏观破环特征，探究凝胶压裂的裂缝扩展规律，揭示凝胶压裂的破岩机理。研究结果表明：① 凝胶压裂可以增加试块破裂的裂缝密度，单位面积内裂缝总长度增加92.71%～216.67%，裂缝密度升高92.7%～216.97%，使裂缝形态更加复杂，为形成复杂缝网提供基础；② 凝胶压裂阶段压力存在长时间及大幅度波动，这是复杂裂缝形成的力学响应；③ 凝胶压裂可以缩小岩石破碎块度，使裂缝开度增大，其分支裂缝的数量明显多于纯水压裂，破岩效果明显优于纯水压裂；④ 凝胶压裂液质量分数越高，分支裂缝数量越多，压裂动力现象越明显。研究结果证明,凝胶压裂改变了传统水力压裂的裂缝扩展模式，在裂缝起裂扩展阶段封堵物质可以封堵先压裂缝，改变应力薄弱区起裂新裂缝，其岩石破裂效果明显优于纯水压裂。

来源：2025年第11期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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