大段高頂煤定向水壓致裂機(jī)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(qiáng)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(zāi)害日益頻繁與嚴(yán)重。水壓致裂技術(shù)是煤礦利用煤巖體的裂隙網(wǎng)絡(luò)形成水力通道來改善堅(jiān)硬厚頂煤冒放性、處理堅(jiān)硬頂板、進(jìn)行煤巖體強(qiáng)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(shù)途徑，在生產(chǎn)一線得到廣泛應(yīng)用。
　　煤層定向水壓致裂是在水壓致裂技術(shù)基礎(chǔ)上，利用煤巖體內(nèi)富含裂隙的特

2、點(diǎn)，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(shù)，形成定向裂隙，引導(dǎo)巖層注水時破壞位置與經(jīng)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(jìn)行破壞，達(dá)到控制巖層破壞的目的。
　　神華集團(tuán)新疆大洪溝煤礦分段高度約20m，工程實(shí)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(chǎn)、提高煤炭產(chǎn)量。本文以此為工程背景，對大段高頂煤進(jìn)行定向水壓致裂機(jī)理研究。在研究過程中，綜合利用現(xiàn)代力學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)

3、研究、數(shù)值分析和現(xiàn)場試驗(yàn)等手段對定向裂隙起裂機(jī)理、擴(kuò)展機(jī)理以及高壓水在定向裂隙中的滲流規(guī)律進(jìn)行分析，得到以下成果：
　?。?）建立定向水壓致裂力學(xué)模型，明確了定向裂隙起裂的主要影響因素包括側(cè)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(guān)系。
　?。?）以定向水壓致裂模型為基礎(chǔ)，完善了定向裂隙擴(kuò)展力學(xué)模型，得出了定向裂隙擴(kuò)展長度計(jì)算公式，提出大段高頂煤定向裂隙擴(kuò)展控制方法。
　?。?）分