定向长钻孔水力压裂防冲方法及应用研究

摘要

长钻孔水力压裂是一种大范围预裂高位坚硬顶板以防治冲击地压的方法，合理的压裂设计及准确的效果评价对防治冲击地压成效至关重要.本研究基于颗粒流模拟研究了不同因素对水力压裂的影响机制，开发了一个集成裂隙形态和力链退化的双指标水力压裂效果评价模型，通过现场工程应用检验了水力压裂效果和冲击地压防治成效，并总结提出了水力压裂防治冲击地压方法体系.结果表明：提高注水压力能够显著增强流体驱动裂缝的扩展能力与裂缝网络的复杂程度，减小压裂钻孔间距与压裂段间距有利于促进裂缝在水平方向和沿钻孔轴向的贯通连通，缩短压裂段长度则有助于集中注水压力，实现更密集和高效的局部压裂.评价模型进一步揭示水力压裂效果的增加会出现边际递减效应，表现为效果提升幅度随工艺参数优化逐步减缓.根据该特征设计了水力压裂参数，在宽沟煤矿206工作面进行了工程应用.瞬变电磁法探测表明水力压裂所产生的径向裂纹扩展范围超过35 m.与非水力压裂阶段相比，工作面开采的微震事件呈现出高频低能的特征，平均最大能量减少了43.0%，平均周期来压步距从28.6 m降低到18.5 m，表明顶板完整性和应力释放特性得到显著改善，防治冲击地压取得了良好效果.本研究建立的水力压裂效果评价方法及防冲方法体系，可为水力压裂的参数优化及防治冲击地压提供理论参考.

关键词

水力压裂 / 离散元 / 效果评价 / 冲击地压防治

基金资助

国家重点研发计划项目(2024YFC3013803); 国家自然科学基金项目(52374180,52404112)