压裂煤岩分区破坏能量耗散机理与应用

• 作者: 徐东 邓广哲 刘华 郑锐 肖乔
• 来源期刊: 采矿与安全工程学报
• 关键词: 水力压裂 冲击地压 能量耗散 分区破坏
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 页码范围: 404-410,418
• 页数: 8页
• 分类号: TD325
• 语种: 中文
• DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2020.0005

摘要

针对陕北侏罗纪煤层非典型顶板冲击灾害和硬煤压裂软化等问题,基于断裂力学与损伤力学理论,建立了压裂煤层能量耗散力学模型,研究了压裂煤岩破坏过程中能量演化机理,分析了煤层顶板压裂对大采高工作面煤层分区破坏规律的影响.研究发现:压裂裂隙扩展耗散能与水压及煤层损伤程度成正比.煤层压裂能形成压裂裂隙区-塑性软化区-弹性区.煤层中压裂裂隙区、塑性软化区的形成增加了耗散能释放强度,而煤层弹性区是顶板弹性能蓄积的关键区域.进一步分析表明,切割工作面架后顶板弧三角区,可减缓大采高工作面端面顶板破坏释放的能量;有利于优化压裂煤体中压裂裂隙区、塑性软化区和弹性区的能量转化关系.基于水压致裂可增大煤体压裂裂隙区、塑性软化区的耗散能,降低弹性区的可释放弹性能,推导了压裂煤层钻孔间距弹性能判别式.最后,通过典型综采工作面的试验表明:压裂顶板悬顶长度减小11.6 m,煤层压裂弹性能释放6.63×104 J,煤岩软化系数降低24.5％～28.9％,块煤率提高18.4％,煤岩压裂实现了煤层的清洁高效无害化开采.