许昭勇，　宋大钊，　邱黎明，　王恩元,2，　马亚飞，　何俊江

(1.中国矿业大学 安全工程学院， 江苏 徐州　221116； 2.煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，

江苏 徐州　221116； 3.永城煤电集团有限责任公司 技术与信息中心， 河南 永城　450016)



煤层水力压裂过程“三场”演化规律特征

许昭勇1，宋大钊2,3，邱黎明1，王恩元1,2，马亚飞1，何俊江1

(1.中国矿业大学 安全工程学院， 江苏 徐州221116； 2.煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，

江苏 徐州221116； 3.永城煤电集团有限责任公司 技术与信息中心， 河南 永城450016)

摘要：根据固液耦合方程与Mohr-Coulomb准则，对煤层水力压裂过程进行了数值模拟，研究了煤层裂纹扩展过程中渗流场、应力场和裂隙场(“三场”)的演化过程，结果表明，水力压裂过程中“三场”连续动态变化，水压力是裂隙扩展的动力，裂隙的扩展引起裂隙损伤增加、渗流场以裂隙为中心逐渐扩大、应力场逐渐分化出高应力与低应力区域，最终在主裂隙的垂直方向上形成低应力-高渗透性区域，达到卸压增透效果。

关键词：煤层； 水力压裂； 渗流场； 应力场； 裂隙场； “三场”演化； 卸压增透

0引言

随着煤炭生产的高效集约化和矿井开采深度的增加，煤矿瓦斯涌出量越来越大，煤与瓦斯突出威胁也越来越严重[1-3]。国内外专家学者针对煤与瓦斯突出防治进行了大量研究工作，提出了很多治理方法[4-5]。前苏联曾做过大量试验，发现当注水压力达到一定值时，高压水可使煤体沿内部的固有裂隙起裂和扩展，从而提高煤层的渗透性[6]。此后，很多学者对煤层水力压裂问题进行了研究:文献[7-9]研究了裂隙扩展问题，提出了裂纹起裂与扩展所遵循的准则；……