大段高頂煤定向水壓致裂機理研究.pdf

1、煤巖體是典型的裂隙巖體。我國作為世界煤炭大國，煤炭儲量豐富。近年來，隨著煤礦開采規(guī)模及開采強度的逐年加大，沖擊地壓、煤與瓦斯突出、頂板大面積垮落等煤巖動力災害日益頻繁與嚴重。水壓致裂技術是煤礦利用煤巖體的裂隙網絡形成水力通道來改善堅硬厚頂煤冒放性、處理堅硬頂板、進行煤巖體強度弱化從而防治沖擊礦壓、瓦斯突出和提高瓦斯抽采效率等有效技術途徑，在生產一線得到廣泛應用。
　　煤層定向水壓致裂是在水壓致裂技術基礎上，利用煤巖體內富含裂隙的特

2、點，根據(jù)鉆孔圓周面上的徑向孔壁裂隙首先起裂的原理，通過水力割縫或者鉆頭切槽割縫技術，形成定向裂隙，引導巖層注水時破壞位置與經典彈塑性理論相比發(fā)生偏移，使定向裂隙作為主要滲流通道對巖層進行破壞，達到控制巖層破壞的目的。
　　神華集團新疆大洪溝煤礦分段高度約20m，工程實踐中擬采用定向水壓致裂使頂煤被充分破壞，保障安全生產、提高煤炭產量。本文以此為工程背景，對大段高頂煤進行定向水壓致裂機理研究。在研究過程中，綜合利用現(xiàn)代力學理論、實驗

3、研究、數(shù)值分析和現(xiàn)場試驗等手段對定向裂隙起裂機理、擴展機理以及高壓水在定向裂隙中的滲流規(guī)律進行分析，得到以下成果：
　　（1）建立定向水壓致裂力學模型，明確了定向裂隙起裂的主要影響因素包括側壓系數(shù)、圍巖壓力、裂隙長度、孔徑、裂隙尖端的曲率半徑以及裂隙傾角，及其相互影響關系。
　　（2）以定向水壓致裂模型為基礎，完善了定向裂隙擴展力學模型，得出了定向裂隙擴展長度計算公式，提出大段高頂煤定向裂隙擴展控制方法。
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