塔山煤矿坚硬顶板水力压裂裂缝扩展规律研究

陈灿^1,2，刘贤^1,2，肖洪天^1,2

1. 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室2. 山东科技大学土木工程与建筑学院

摘 要：基于ABAQUS平台的扩展有限元法(XFEM),对塔山煤矿顶板K3砂岩的水力压裂裂缝扩展进行了数值模拟,分析了不同主应力差、注液速率、压裂液黏度、弹性模量和裂缝间距下的裂缝形态变化。模拟结果显示,主应力差、注液速率、弹性模量和裂缝间距对裂缝参数有明显的影响,而黏度无明显影响;当注液速率、弹性模量较大和主应力差较小时,起裂压力增加;当注液速率、黏度较大和主应力差、弹性模量较小时,最大缝宽增大;当注液速率、主应力差和弹性模量较大时,扩展半径增大;随着裂缝间距的增加,后续裂缝所受干扰变小,扩展半径增大。研究结果提供了坚硬顶板水力压裂裂缝的扩展规律,可为塔山煤矿水力压裂的施工与设计提供一定的参考。

关键词：顶板控制;水力压裂;裂缝;扩展规律;扩展有限元;