煤炭科学技术

作者：华心祝, 戚家伟, 李志华, 李怀宾, 刘勇, 任思奇,

关键词：水力压裂, 坚硬顶板, CT扫描, 射孔布局, 裂缝扩展, 数值模拟,

在深部煤矿开采中地质条件与应力环境十分复杂，在使用水力压裂技术对复合坚硬顶板进行卸压处理时，压裂效果受上下岩层性质、钻孔布置层位及角度等多重因素影响，裂缝的拓展和演化机制仍不够清晰。为探究不同地层条件和钻孔角度下的水力裂缝扩展路径规律，以许疃煤矿72313工作面为研究背景，分析顶板岩石的力学性质及上覆岩层的孔隙结构特征。结合XSite数值模拟软件，研究不同致裂层位与钻孔角度对压裂效果的影响，并基于合成岩体技术和离散格点理论，建立了岩石基质的粒子运动和流体流动耦合模型。结果表明：细砂岩在高围压条件下微裂隙闭合显著，弹性模量增幅大，表现出高脆性响应；而泥岩因结构松散、黏土含量高、孔隙封闭性强，体现出较强的塑性形变能力。多源扫描结果显示，细砂岩孔隙连通性良好，具备稳定的渗流网络，有助于压裂液输运与裂缝激发；而泥岩中孔隙孤立、渗透性差，易形成高压梯度与流体失稳，从而抑制裂缝体积增长与网络复杂化。数值模拟表明，钻孔偏转角可改变局部应力扰动结构，诱导裂缝发生导向偏折；当偏转角为60°时，裂缝路径更契合主应力方向，分支网络拓展充分。敏感性分析结果显示，抗拉强度、断裂韧性与抗压强度为主要敏感参数，对裂缝网络体积贡献度超过70%；弹性模量、泊松比和孔隙度作用相对较小。多种现场效果表明，将压裂切槽优先布置于细砂岩层位，可诱导产生更具连通性和扩展能力的裂缝路径，本研究的成果为深部开采环境水力射孔布置及压裂效果的优化提供了理论支持，提高压裂效率的同时保障了矿井巷道安全性。

来源：2026年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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