摘要：针对目前岩石在水力耦合作用下交叉裂纹扩展机理认识不足的问题,采用颗粒流软件(PFC2D)的平直节理接触模型和流域法,模拟计算含交叉裂纹的类岩石三轴压缩水力致裂过程,分析双向水平主应力差和主、次裂纹倾角对水力裂纹起裂、扩展及贯通的影响规律,并揭示其细观断裂机理。研究结果表明:数值模拟与试验结果吻合较好。当有或无水平主应力差时,水力裂纹沿着或偏离水平最大主应力方向扩展,与交叉裂纹贯通或不贯通,细观机理均为拉伸断裂。增加水平主应力差可明显降低临界水压力,易形成网状裂纹,有利于提高资源开采效率。

摘要：以煤岩体强度弱化(结构改造)为工程背景,采用实验研究、理论分析、数值模拟和现场试验等研究方法对煤岩体水力致裂弱化的理论和技术进行了系统的研究,取得了以下主要成果:研制了4000kN真三轴岩体水力致裂模拟实验系统,在3个主应力条件下,能实现试块尺寸最大为500mm×500mm×500mm的模拟实验;设计了具有增压功能的油水加载转换器。应用真三轴水力致裂模拟实验系统及理论研究,开展了大尺寸煤岩体水力致裂裂缝扩展规律研究。研究了水力致裂裂缝前沿形态,孔底水压裂缝与主应力的关系,发现了中间主应力对孔底水压裂缝扩展的影响规律;分析了分叉水压裂缝扩展方向的特征,得出了原生裂隙等在渗透水压力作用下的结构破坏特征;在考虑渗透滤失引起的孔隙水压力(水力梯度)的基础上,得出了裂隙煤岩体水压裂缝扩张的水压力参数。实验结果表明,水力致裂裂缝的前沿为以钻孔致裂段为中心的椭圆形态,且椭圆的长短轴之比保持不变;分叉后水压裂缝破裂面的走向与σ3、σ2均垂直;煤体水力致裂破裂面的粗糙度明显比一般岩石材料要大。固液耦合作用下裂隙煤岩体结构破坏研究。在调查煤层裂隙分布规律的基础上,基于断裂力学得出了煤岩体内水压裂隙起裂的最小裂隙水压力与水压翼型分支裂纹的扩展长度。采用RFPA软件模拟了成组原生裂隙条件下,水力致裂弱化的结构改造形态。基于能量耗散损伤得出了裂隙煤岩体细观结构破坏与宏观力学性能弱化的关系。煤岩体水力致裂弱化的控制技术研究。结合水力割缝和水力致裂的优势,提出了预先水力割缝定向致裂技术。基于钻孔及钻孔水压力的叠加影响,通过多钻孔及其注液方式的组合来控制水压裂缝的扩展方向。结合水压爆破和水力致裂的优点,提出了水力爆破致裂弱化与增透方法,在水压控制爆破后进行水力致裂,使煤岩体形成多个水压主裂缝和沿水压主破裂面的致裂裂缝带;实验证明,该方法是一种增加水压裂缝数目和范围的有效方法。采动煤岩体水力致裂弱化的时空关系研究。实验研究了煤体自然吸水湿润与时间的关系,分析了干燥煤样和自然煤样的吸水湿润差异。依据渗流的起始水力坡度和水力致裂径向水力坡度衰减规律,得出了水力致裂弱化注水的渗透半径。水力致裂弱化水压主裂缝扩展阶段必须超前支承压力峰值区完成。高瓦斯坚硬厚顶煤弱化的现场试验表明,水力致裂弱化了煤体的整体力学性能,顶煤破碎块度明显降低,工作面采出率提高了23%;预先释放瓦斯,降低了工作面瓦斯浓度和粉尘浓度(降低21%),抑制了煤自然发火。

摘要：为提高煤层的透气性,提高瓦斯抽放效果,采取水力致裂增透技术,分析了水力致裂钻孔的设计参数,通过对水力致裂前后的基础参数测试、瓦斯抽采体积分数及抽采量的数据对比分析得出:水力致裂钻孔的有效控制半径为25 m左右,在有效半径范围内,瓦斯抽放效果较好。

摘要：为提高煤层的透气性,提高瓦斯抽放效果,采取水力致裂增透技术,分析了水力致裂钻孔的设计参数,通过对水力致裂前后的基础参数测试、瓦斯抽采浓度及抽采量的数据对比分析得出:水力致裂钻孔的有效控制半径为25m左右,在有效半径范围内,瓦斯抽放效果较好。

摘要：本文分析了水力致裂弱化坚硬顶板的原理,在此基础上分析了水力致裂效果主要影响因素,提出采用高压水进行注水来达到顶板弱化的目的。阐述了水力致裂工艺的实施步骤,并以寸草塔煤矿22106工作面坚硬顶板作为研究对象,对其实施了水力致裂试验。试验结果表明,按照设计试验方案对22106工作面顶板进行水力致裂,确定了顶板水力致裂半径为8m左右,有效降低了该坚硬顶板的强度和整体性,增加了顶板的裂隙率。

摘要：龟兹矿业A3煤层A303采煤工作面矿压作用时间集中、间隔时间长、周期性相对明显,极易发生顶板大面积冒落事故,对井下作业安全产生了严重影响,提出了一种新的水力致裂改造坚硬顶板缝网的技术,对其理论、参数设计、应用情况等进行了细致的分析,形成了完整的应用理论。实际应用表明,水力致裂改造坚硬顶板缝网技术能够有效解决井下顶板悬顶垮落的情况。

摘要：定向水力致裂能够有效降低坚硬顶板的强度和完整性,从而能够弱化顶板破坏时的能量释放和动力效应。采用定向水力致裂处理坚硬顶板,处理方式包括顶板分层和切断悬顶。为了研究定向水力致裂处理顶板起到的防冲效果,采用UDEC离散元分析软件对顶板致裂前后系统释放能量和系统动能进行了计算,研究结果表明顶板致裂后降低了系统释放能量和系统动能,从而减少顶板和煤体能量积聚,降低了冲击地压发生的危险性。

摘要：针对塔山煤矿上覆煤层遗留煤柱动力显现问题,本文通过理论分析、数值模拟等方法,设计了适用于上覆煤层遗留煤柱的水力致裂卸压方案。研究结果表明:上覆煤层遗留煤柱造成的应力集中区范围为40 m,水力致裂后工作面周期来压强度明显减弱,围岩变形量明显减小,卸压效果显著。

摘要：为防止回采初期坚硬顶板诱发的动力灾害,以米山煤矿15112综采面顶板赋存K2石灰岩坚硬顶板为工程背景,提出采用坚硬顶板水力致裂技术控制顶板岩层,介绍了坚硬顶板水力致裂技术基本原理,设计坚硬顶板水力致裂技术与参数。现场应用后,定向钻孔水力致裂效果明显,工作面来压步距和强度明显降低,表明了坚硬顶板下综采面回采初期水力致裂控制技术的优越性和合理性。

摘要：针对坚硬顶板强动压巷道围岩变形破坏难控制的问题,以寺家庄15119回风巷为工程背景,采用理论分析、现场实测、数值模拟与工业试验的综合研究方法,研究了坚硬顶板回采巷道远近应力场演化规律及调控技术。研究表明:15119回风巷在留设25 m煤柱时由于坚硬顶板难垮落造成远场应力集中,且在演化过程中加剧了巷道围岩近场应力环境恶化,这是致使该类巷道围岩变形破坏的问题所在。巷道围岩远近应力场存在紧密的相互作用关系,远场的应力能够引起近场应力范围和大小的变化,从而对巷道围岩的变形与破坏时效及范围产生影响。基于此,提出了巷道围岩的远场与近场应力场调控原理,即在通过工程干预手段有效地调控远近应力场的分布、传导途径及其相互作用,以此实现围岩应力环境的优化和巷道稳定性的增强。依据该原理,提出了“无煤柱留墙掘巷+切顶卸压+强力支护”远近应力场调控技术方案,新方案先调整15119回风巷至邻近15117工作面1.5 m处的低应力区,然后在15117进风巷顶板水压裂预制裂缝卸压调控远场应力分布与传播途径,最后强化15119回风巷围岩支护,优化近场应力环境。工业性试验表明:新方案能够有效减弱远场应力对近场应力的叠加作用,新方案中压裂对应的15119回风巷顶底板移近量最大460 mm,两帮收缩量最大为430 mm,断面收缩率降低了26.1%。巷道围岩远近场应力调控方案取得了良好的控制效果,可为类似巷道提供理论依据与技术参考。