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《豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术研究与应用》篇一一、引言在豫西地区的煤炭开采过程中，软煤围岩常常因复杂的地下条件而显得十分棘手。
这一地区的煤矿资源面临着多种问题，如围岩压力增大、透水性差等，这不仅威胁了采煤过程的安全性，还影响了煤炭的开采效率。
因此，对豫西软煤围岩进行水力破裂卸压增透技术的研究与运用显得尤为重要。
本文将深入探讨该技术的理论依据、研究方法以及实际应用效果。
二、豫西软煤围岩的特性及挑战豫西地区的煤炭资源丰富，但软煤围岩的特殊性质给采煤工作带来了诸多挑战。
软煤围岩的强度低、透水性差，容易在采煤过程中发生坍塌和突水事故，给矿工的生命安全带来严重威胁。
此外，软煤围岩的复杂性也使得煤炭开采效率大大降低。
因此，如何解决这一难题成为了煤炭行业亟待解决的问题。
三、水力破裂卸压增透技术原理水力破裂卸压增透技术是一种针对软煤围岩的开采技术。
该技术利用高压水力能量对围岩进行破裂，从而降低围岩的压力，提高其透水性。
具体而言，该技术通过向围岩注入高压水，使围岩产生裂缝，释放内部压力，同时增加围岩的透水性，为煤炭的开采提供更加安全和高效的作业环境。
四、技术研究1. 理论依据：水力破裂卸压增透技术基于岩石力学、流体力学等原理，通过科学计算和分析，确定最佳的破裂压力和破裂位置，以达到最优的卸压和增透效果。
2. 实验研究：在实验室条件下，对不同性质的软煤围岩进行水力破裂实验，研究破裂过程中的压力变化、裂缝扩展规律等，为现场应用提供理论依据。
3. 现场应用：将水力破裂卸压增透技术应用于豫西地区的煤矿，通过实地监测和数据分析，评估技术的效果和安全性。
五、技术应用与效果在豫西地区的煤矿中应用水力破裂卸压增透技术后，取得了显著的效果。
首先，该技术有效地降低了围岩的压力，减少了坍塌和突水事故的发生，提高了采煤过程的安全性。
其次，该技术增加了围岩的透水性，有利于排水和通风，为煤炭的高效开采提供了有力保障。
此外，该技术的应用还提高了煤炭的采出率，降低了开采成本，为煤矿企业带来了显著的经济效益。
岩体水压致裂机理研究及在矿山突水中的应用的开题报告1. 研究背景和意义岩石力学及工程领域中，岩体水压致裂是一种常见的物理现象。
在矿山开采过程中，由于开采工作面深度增大，地下水位难以控制，岩体破裂的风险也愈加增大，从而导致矿山突水事件的发生。
因此，深入研究岩体水压致裂机理是防止矿山突水事故的重要手段之一。
本课题旨在通过对岩体水压致裂机理的研究，探究其在矿山突水中的应用。
2. 研究内容和方法本研究主要包括以下内容：（1）岩体水压致裂的机理分析与模型建立。
通过实验研究和数值模拟建立水压致裂的机理模型，为后续的矿山突水预测提供理论支持。
（2）岩体水压致裂与矿山突水的关联分析。
通过对岩体水压致裂机理及其因素的分析，探究其与矿山突水的关联性，为防治矿山突水提供科学依据。
（3）基于机理模型的矿山突水预测方法。
基于建立的水压致裂机理模型，提出一种基于机理的矿山突水预测方法，以便及时有效地防止矿山突水事故的发生。
本研究主要采用实验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法，通过岩体水压致裂机理的研究，探讨其在矿山突水中的应用。
3. 预期成果和意义本研究旨在通过对岩体水压致裂机理的深入研究，探究其在矿山突水中的应用，预期取得以下成果：（1）建立基于岩体水压致裂机理的矿山突水预测模型，准确预测矿山突水的风险。
（2）阐明岩体水压致裂与矿山突水的关联性，提出防止矿山突水的有效措施。
（3）为矿山工程的安全施工、避免事故发生提供理论依据和技术支持。
4. 计划进度和研究方法（1）前期准备阶段（1个月）：对相关文献进行研究，并确定研究方案，明确研究目标。
（2）实验研究阶段（3个月）：建立实验平台，通过模拟不同条件下的水压致裂过程，获取相关数据。
（3）数值模拟阶段（2个月）：通过使用数值模拟软件，对实验结果进行模拟分析，得出相应的机理模型。
（4）理论分析阶段（1个月）：对机理模型进行理论分析，为后续构建预测模型做好理论准备。
（5）预测模型构建阶段（1个月）：基于机理模型构建相应的矿山突水预测模型。
煤岩复合体水力压裂裂缝穿层扩展实验研究
苏广宁
【期刊名称】《矿业安全与环保》
【年(卷),期】2024(51)2
【摘要】为进一步研究煤岩复合体水力压裂过程中裂缝的穿层扩展规律,开展了真三轴煤岩复合体水力压裂实验,通过改变应力差、压裂管的布置方向及注水点位置来比较裂缝的扩展效果和起裂难度。
研究结果表明:水压裂缝的扩展方向受制于最大主应力,当最大水平主应力与最大垂直应力接近时,裂缝沿应力的合力方向扩展;应力差的增大有利于水压裂缝的穿层扩展,且穿层后的扩展距离增大,而对初始起裂压力和时间的影响较小;裂缝由岩层扩展进入煤层后,压裂压力会出现骤降与二次抬升,多数声发射事件位于煤层;若穿层失败,压力表现为持续波动。
此外,在岩层中以垂直于交界面的方向布置压裂管,注水起裂点设在岩层中起裂难度较低,且穿层扩展后在煤层中形成的裂缝渗流通道较为完整,为工程中煤层增渗与顶板致裂卸压的应用提供理论基础。
【总页数】7页(P18-24)
【作者】苏广宁
【作者单位】中煤天津地下工程智能研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD315
【相关文献】
1.煤岩水力压裂起裂压力和裂缝扩展机制实验研究
2.煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验
3.煤岩水力压裂裂缝扩展规律实验研究
4.多裂缝煤岩储层水力压裂裂缝动态扩展研究
5.基于黏聚力单元的煤岩复合体水力压裂裂纹扩展规律研究
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《豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术研究与应用》篇一一、引言随着煤炭资源的不断开采，豫西地区软煤围岩的开采难度逐渐增大，煤层透气性差、瓦斯抽采困难等问题日益突出。
为了解决这一问题，水力破裂卸压增透技术被引入到豫西软煤围岩的开采中。
本文将就豫西软煤围岩的水力破裂卸压增透技术进行深入研究，分析其原理、应用及其带来的经济效益，为相关领域的进一步发展提供理论支持。
二、水力破裂卸压增透技术原理水力破裂卸压增透技术是一种利用高压水力能量对煤层进行破裂，提高煤层透气性的技术。
该技术通过向煤层注水，利用水的压力和能量，使煤层产生破裂，从而增加煤层的透气性，提高瓦斯抽采效率。
同时，水力破裂还能有效降低围岩应力，达到卸压的目的。
三、技术应用分析1. 现场试验：在豫西地区选取典型的软煤围岩矿井进行现场试验，对水力破裂卸压增透技术进行实际验证。
通过对比试验前后的瓦斯抽采量、煤层透气性等指标，评估该技术的效果。
2. 参数优化：根据现场试验结果，对水力破裂的参数进行优化，包括注水压力、注水量、注水频率等，以提高技术效果。
3. 联合开采：将水力破裂卸压增透技术与其它开采技术相结合，如爆破、机械化开采等，形成联合开采方案，提高煤炭开采效率。
四、技术应用的优势与挑战1. 优势：水力破裂卸压增透技术能有效提高煤层透气性，增加瓦斯抽采量，降低瓦斯事故风险；同时，该技术还能降低围岩应力，达到卸压的目的，有利于矿井安全。
此外，该技术操作简便，成本较低，具有较好的经济效益。
2. 挑战：在应用过程中，需注意控制注水压力和注水量，避免对周围岩层造成破坏；同时，需根据不同矿区的地质条件进行参数优化，以提高技术效果。
此外，该技术还需与其它开采技术相结合，形成联合开采方案，以充分发挥其优势。
五、技术应用的经济效益与社会效益1. 经济效益：通过水力破裂卸压增透技术的应用，提高了瓦斯抽采效率，降低了煤炭开采成本，提高了矿井的经济效益。
2. 社会效益：该技术的应用有助于提高矿井安全水平，降低瓦斯事故风险，保障了矿工的生命安全；同时，该技术还有利于煤炭资源的可持续开采，促进了煤炭行业的健康发展。
水压致裂煤层裂缝发育特点的研究水压致裂是一种常用的提取煤层气的技术，通过注入高压水使煤层发生裂缝，以增加煤层的渗透性和可采性。
研究水压致裂煤层裂缝的发育特点对于优化水压致裂工艺、提高采气效果具有重要意义。
本文将从裂缝类型、裂缝发育规律、裂缝扩展方向等方面来解释水压致裂煤层裂缝的发育特点。
水压致裂煤层裂缝的类型主要有张裂缝、剪裂缝和混合裂缝。
张裂缝是由于煤层受到水压作用而产生的垂直于水压方向的裂缝，其主要作用是增加煤层的渗透性和储集空间。
剪裂缝是由于煤层受到剪切力作用而产生的平行于剪切力方向的裂缝，其作用是增加煤层的渗透性和增强气体的运移能力。
混合裂缝则是张裂缝和剪裂缝的混合形式，同时具有增加渗透性和增强气体运移能力的作用。
水压致裂煤层裂缝的发育规律主要有两个方面。
一是裂缝发育的受限性。
水压致裂煤层裂缝的发育受到煤层物性和地应力等因素的制约，煤层物性越差、地应力越大，裂缝发育的受限性就越明显。
二是裂缝发育的可变性。
水压致裂煤层裂缝的发育不仅受到地应力的作用，还受到煤层中存在的天然裂缝、构造面等因素的影响，使得裂缝的发育具有一定的可变性。
水压致裂煤层裂缝的扩展方向也有一定的规律。
一般情况下，张裂缝的扩展方向与地应力方向呈现垂直关系，即张裂缝沿着最大有效应力方向发展。
而剪裂缝的扩展方向则与地应力方向呈现平行关系，即剪裂缝沿着最大剪应力方向扩展。
水压致裂煤层裂缝的发育特点主要包括裂缝类型的多样性（张裂缝、剪裂缝和混合裂缝）、发育规律的受限性和可变性，以及裂缝的扩展方向与地应力方向的关系。
研究水压致裂煤层裂缝的发育特点对于优化水压致裂工艺、提高采气效果具有重要意义。
《豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术研究与应用》篇一一、引言在豫西地区，煤炭开采工作面临着严峻的挑战，特别是软煤围岩的开采问题。
软煤围岩由于其结构松散、强度低等特点，使得传统的开采方法效率低下，且易引发安全事故。
为了解决这一问题，本文提出了一种新的技术——豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术。
该技术通过对围岩进行水力破裂，实现卸压增透的效果，为豫西地区的煤炭开采提供了一种新的可能。
二、软煤围岩的特性与开采难点豫西地区的软煤围岩主要由泥岩、炭质泥岩等组成，其特点是强度低、结构松散、易变形。
在开采过程中，由于围岩的支撑能力不足，容易导致顶板垮落、片帮等安全事故。
同时，软煤围岩的渗透性差，使得煤炭开采的效率和产量受到严重影响。
因此，如何解决软煤围岩的开采问题，是当前煤炭开采领域亟待解决的难题。
三、水力破裂卸压增透技术原理豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术，主要是通过高压水力作用，对围岩进行破裂，从而达到卸压增透的目的。
具体原理如下：1. 钻孔：在软煤围岩中钻孔，为后续的水力破裂提供通道。
2. 注入高压水：通过钻孔向围岩注入高压水，利用水的压力和冲刷作用，对围岩进行破裂。
3. 卸压增透：破裂后的围岩形成了一定的裂缝和孔隙，使得围岩的渗透性得到提高，从而达到卸压增透的效果。
四、技术研究与应用针对豫西地区的软煤围岩特点，我们进行了大量的实验和研究，成功开发出了适合该地区的水力破裂卸压增透技术。
具体应用如下：1. 技术参数优化：通过调整水压、流量等参数，找到最适合豫西地区软煤围岩的水力破裂条件。
2. 设备研发：针对水力破裂技术，我们研发了专门的设备，包括高压水泵、钻孔设备等。
3. 现场应用：将该技术应用于实际开采中，通过对比分析，发现该技术能够有效提高煤炭开采的效率和产量，同时降低了安全事故的发生率。
五、效果分析与展望经过实际应用和效果分析，我们发现豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术具有以下优点：1. 提高了煤炭开采的效率和产量；2. 降低了安全事故的发生率；3. 改善了软煤围岩的渗透性；4. 环保、安全、高效的技术方法。
2.3 煤岩水力裂缝起裂和扩展准则2.3.1 煤岩水力裂缝起裂准则水力压裂技术是通过在地面向井下注入高压液体，迫使地层岩石在高压下破裂形成裂缝，该裂缝在支撑剂支撑下具有较高的导流能力，达到增产作用。
岩石在压力下开裂可以形成三种裂缝形态，它们分别为张性裂缝，剪性裂缝和混合型裂缝，如图2-1。
图2-1 水力压裂裂缝几何形态图普通砂岩地层在水力压力下形成张性裂缝为主的裂缝形态，当地层中存在天然裂缝时，井壁地层的受力状态发生改变，引起不同的起裂裂缝形态。
煤岩属于多裂缝的岩石体，在煤层的压裂中可以形成不同的起裂形态，归结为以下三种：1．水力裂缝在煤岩体的张性起裂；2．水力裂缝沿天然裂缝的剪切起裂；3．水力裂缝在天然裂缝形成的张性起裂。
从压裂过程中井壁力学分析来说，水力压裂通过增大井筒内压裂液体压力m p 来压开地层，当m p 增大时，井壁处切向应力θσ减小，当m p 增大到一定程度，θσ变为负值。
表示井壁岩石周向应力由压缩状态变为拉伸状态，当θσ达到岩石的抗张强度S 时，地层破裂并形成水力裂缝。
此时θσ满足：S -=θσ （2-16）破裂发生在θσ最小处，即在︒=0θ或︒=180θ处，煤层气多数为直井，对于直井则有0==βα，这样式2-5中θσ值表示为：)],(][)1()1(2)21([3221t r p p rR p m m H h -----+--=φνναδσσσθ （2-17）式中：),(t r p 为地层的孔隙压力值，井壁处R r =，其边界条件为： m p t r p ζ=),(ζ被定义为有效膜压力系数[31,32]，表达式为：rock cake m rock cake m c k k p p k k p p ++==0ζ式中：c p 为井壁处孔隙压力；0p 为远处地层孔隙压力。
将式2-17带入式2-16得到岩石张性破裂时的破裂压力f p⎥⎦⎤⎢⎣⎡----+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----==φνναδφνναδσσ)1()21(1)1()21(311S p p p c H h m f （2-18） 如果压裂形成水平裂缝，则要求岩石垂向上拉应力达到岩石垂向抗张强度S v ，此时要满足：v z S t r p -=-),(ασ （2-19）同样可以求得水平裂缝的破裂压力f p 的表达式：),(1)21(1)],([111t r p S t r p p vv f αφνναασ++---+-= （2-20） 如果水力裂缝在井壁处起裂过程中遭遇天然裂缝，则水力压裂能够沿着天然裂缝方向起裂，这时可以形成沿天然裂缝的剪切破裂，可以利用弱面模型[33,3,35]来研究这一问题。
《豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术研究与应用》篇一一、引言在豫西地区，煤炭资源丰富，然而该地区煤层大多属于软煤围岩。
开采过程中，因围岩强度较低、瓦斯含量高等问题，导致煤炭开采效率不高、安全问题突出。
近年来，随着煤矿生产安全及开采效率的要求日益提升，研究如何改善这一区域的煤炭开采技术变得尤为重要。
水力破裂卸压增透技术作为一种新兴的开采技术，被广泛地应用在煤炭的开采和安全开采方面。
本文旨在研究豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术的理论和应用，以促进该地区的煤炭高效、安全开采。
二、豫西软煤围岩的特性分析豫西地区软煤围岩的特点主要表现在煤层厚度大、结构松散、硬度低、瓦斯含量高等方面。
这些特性使得传统的煤炭开采方法在面对这一区域时，往往难以达到理想的开采效率和安全性。
因此，需要一种新的技术手段来改善这一状况。
三、水力破裂卸压增透技术原理水力破裂卸压增透技术是一种利用高压水力作用，对煤层进行物理性破裂，以达到卸压和增透的效果的技术。
其基本原理是通过高压泵将水注入煤层，利用水的压力和冲击力，使煤层产生破裂，从而降低煤层的瓦斯压力，提高煤层的透气性。
四、技术研究与应用1. 技术研究：针对豫西地区的软煤围岩特点，开展专项的水力破裂试验。
研究不同压力下煤层的破裂情况、破裂后煤层的透气性变化等关键数据。
通过实验，寻找最适合的破裂压力和注水速率，以最大程度地提高卸压和增透效果。
2. 现场应用：在豫西地区选择合适的煤矿进行水力破裂技术的应用。
通过现场实践，不断优化技术参数，提高技术应用的效果和效率。
同时，对应用过程中出现的问题进行及时的研究和解决，确保技术的稳定性和可靠性。
3. 效果评估：对应用水力破裂技术的煤矿进行定期的监测和评估。
通过对比应用前后的煤炭开采效率、瓦斯压力、煤层透气性等关键指标，评估技术应用的效果。
并根据评估结果，对技术进行持续的优化和改进。
五、技术应用的优势与展望水力破裂卸压增透技术的应用，不仅提高了豫西地区煤炭的开采效率和安全性，还为其他类似地区的煤炭开采提供了新的思路和方法。
当代化工研究Modern Chemical Research46基础研究2020・05水力压裂时煤层缝裂的扩展分析*吕玉佳（山西忻州神达惠安煤业有限公司山西036500）摘耍：进入21世纪以后，我国各行各业都在不断的发展，而煤矿企业在发展过程中为各行各业提供了稳定的能源.但是我们必须要意识到，目前煤矿企业在发展过程中面临着各种安全事故问题，比如矿井塌陷、瓦斯泄漏等等都会直接影响到釆矿人员的生命安全.基于这样的现状，很多的煤矿企业都开始思考如何能够利用新时代的技术，对相关的危险因素进行分析了解，从而能够做好相关餉预防措施.目前在采矿过程中，很多煤层含有一些大量原生裂隙，并且在发展过程中会由于各种因素导致原生裂隙不断拓展延伸.很多时煤矿企业都因为煤层缝裂导致采矿人员餉生命安全受到威胁.水力压裂技术是近年来的一种新突破，广泛应用在测量领域.因氏，如何有效利用水力压裂技术来分析煤层缝裂成为了目前煤矿企业思考的一大重点问题.所以本文将通过对水力压裂技术进行相应的了解，从而分析如何能够有效利用水力压裂技术了解煤层缝裂的扩展，了解水力压裂技术应用到煤矿企业的重要意义，旨在为相关的煤矿企业实现安全、可持续发展提供一定餉借鉴意义.关键词：水力压裂技术；煤层裂缝；扩展分析中图分类号：TD741文献标识码：AExpansion Analysis of Seam Crack in Hydraulic FracturingLv Yujia(Shanxi Xinzhou Shenda Huian Coal Co.,Ltd.,Shanxi,036500)Abstracts After entering the21st century,all walks of l ife in our country are developing continuously.Coal mining enterprises have provided stable energy for them in the process of development.However,we must realize that coal mining enterprises are f acing various safety accidents in the development p rocess at p resent,such as mine collapse and gas leakage,which will directly offset the life safety of m ining p ersonnel.Based on the current situation,many coal mining enterprises have begun to think about how to make use of t he technology of t he new era to analyze and understand the relevant riskfactors,so as to be able to do a goodjob in relevant p reventive measures.At p resent,in the mining p rocess,many coal seams contain a large number of rimary f issures,and in the development p rocess,the primary f issures will continue to expand due to various f actors.The lives of miners in many coal mining enterprises are threatened because ofseam cracks.Hydraulic f racturing technology is a new breakthrough in recent y ears and is widely used in the f ield of m easurement.Therefore,how to use hydraulic f racturing technology effectively to analyze seam cracks has become a major issue f or coal mining enterprises.Therefore,this paper will analyze how to effectively use hydraulic f racturing technology to understand the expansion ofseam cracks and the significance of a pplying hydraulic f racturing technology to coal mining enterprises through understanding hydraulicKey words i hydraulic f racturing technology^coal seam f racture^1•水力压裂技术简介⑴水力压裂技术概述水力压裂是指裂纹由于其内部液体压力的作用而开裂并扩展的过程，由于应用领域的不同，有时也称作水压致裂或水力劈裂。
第23卷 第20期岩石力学与工程学报 23(20)：3489～34932004年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct .，20042003年1月14日收到初稿，2003年6月13日收到修改稿。
* 霍英东教育基金会项目(71076)和陕西省教育科学专项项目(00JQ254)资助课题。
作者 邓广哲 简介：男，1966年生，博士，1988年毕业于西安科技大学地下工程专业，现任教授，主要从事采矿与岩石力学方面的工作。
E-mail ：Denggz@ 。
煤岩水压裂缝扩展行为特性研究＊邓广哲 王世斌 黄炳香(西安科技大学 西安 710054)摘要 对坚硬煤体预裂中存在的问题，采用地应力场控制下水压致裂的方法，通过来自铜川矿区的九块大型煤块试件，研究了水压裂缝扩展行为的控制参数。
在此基础上对水压裂缝的形成、扩展与煤体渗透性改变、水压作用的关系，进行了系统试验研究。
克服了常规小试件试验的局限性，建立了起始渗透压力和最大破坏压力与煤样裂缝扩展变化过程的对应关系，研究了水压裂缝破坏煤体结构的力学机制，为解决煤岩体介质材料中水压裂缝扩展行为控制提供了科学依据。
试验表明，本文结果中水压裂缝扩展控制参数对改善顶煤预裂设计效果具有实际意义。
关键词 岩石力学，水压致裂，裂缝扩展，模拟试验分类号 TD 823.49 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)20-3489-05RESEARCH ON BEHAVIOR CHARACTER OF CRACK DEVELOPMENT INDUCED BY HYDRAULIC FRACTURING IN COAL-ROCKMASSDeng Guangzhe ，Wang Shibing ，Huang Bingxiang(Xi ′an University of Science and Technology ，Xi ′an 710054 China )Abstract Aiming at the problem existing in hard coal mass with prefracturing ，using the method of hydraulic fracturing controlled by strata stress field ，the control parameters of crack development induced by hydraulic fracturing are studied by nine large coal samples with hardness f = 3.0～3.5，which came from the Tongchuan mining area. Systematic experiments were carried out for researching the relation among formation and extension of the hydraulic crack ，change of coal mass permeability ，and hydraulic pressure effect. The limitation of conventional test with small samples was overcome ，and the correspondence was built between original osmotic pressure and maximum destruction pressure during crack extension of coal sample. The mechanical mechanism of destructing coal mass structure by hydraulic crack is studied ，and the scientific basis is provided for behavior control of crack development induced by hydraulic fracturing in coal-rock medium. The experiments indicate that the control parameters of crack development induced by hydraulic fracturing have practical meaning for improving the effect of prefracturing design for hard top coal.Key words rock mechanics ，hydraulic fracturing ，crack development ，simulating test1 引 言我国的厚～特厚煤层开采中，已经广泛推行了综采放顶煤技术。
对坚硬顶煤能否有效进行软化，是综采放顶煤技术的关键[1]。
水力致裂技术已经被广泛应用于现代石油工业、地热资源开发、核废料储存等领域，显示出广泛的工业应用价值[2～5]。
煤层水力致裂软化技术被作为是解决高瓦斯坚硬厚煤层综采放顶煤中顶煤软化的关键技术[6]。
自1997年以来的几年实践中，特别在高瓦斯坚硬特厚煤层综放开采中，为现场采煤生产赢得了显著的技术• 3490 • 岩石力学与工程学报 2004年经济效益[6，7]。
煤层水力致裂软化技术工艺，是充分利用地应力条件，以增加顶煤致裂裂缝数目，并且严格地控制其致裂裂缝发展形态为主要特征的新型压裂工艺[6，8～11]。
并且通过压裂和软化作用途径，以达到弱化煤体、改变顶煤的整体结构和力学特性，达到预先弱化顶煤的目的。
所有这些内容已经远远超出了经典水压致裂理论的范畴[3，12]。
研究水压致裂机理，无论对理解顶煤弱化基本原理，还是对于工程应用，都具有重要的科学意义。
但对大多数煤层而言，煤体中的液体运动是依靠压力推动的结果[13～15]。
注水时压力水对煤体的劈裂和贯通裂隙作用，引起煤体结构裂隙扩展变宽和通道网络重组等一系列变化，煤体中的容水空间在不断扩大[10，15，16]。
这种特殊的渗流形式，表现出煤层渗透性系数在不断变化[17，18]。
现阶段，由于对水压致裂机理认识上的局限性，在分析裂缝扩展规律时往往采用理想化假设，常常导致压裂作业的结果与实际情况有很大差异，为了从机理上弄清煤体内部孔隙水压力推动下的裂纹孕育、扩展行为及破坏形态以及水压力和渗透性变化等直接关系弱化效果的行为参数，本文采用铜川焦坪矿区新鲜大煤样(硬度f= 3.0～3.5)，在模拟地应力场中进行了钻孔水压裂缝扩展行为规律的试验研究[7]。
2 试验设计2.1煤样的采集与加工采用来自铜川焦坪3个矿区4#煤层的新鲜煤样样品，共计9块。
在试验室将其加工成不同规格(428 mm×260 mm×280 mm，350 mm×250 mm×290 mm，400 mm×255 mm×355 mm，466 mm×504 mm×286 mm，460 mm×331 mm×319 mm，425 mm×407 mm ×366 mm，572 mm×573 mm×415 mm，605 mm×387 mm×520 mm，450 mm×589 mm×379 mm)的正六面体。
煤样被分成2组，1组保持自然状态特性，另1组在90%空气湿度、20 ℃室温中养护48 h，致使试件达到饱水状态后进行试验[19]。
水压致裂钻孔孔径取φ30 mm。
考虑边界效应，钻孔长度一般取煤样此方向长度的2/3，具体长度依据煤样尺寸确定。
封孔采用4分镀锌钢管，环氧树脂胶结，并与泵站连接。
2.2试验方法试验机加载模拟上覆岩层重力，即垂直应力σ1，侧限压力通过侧限装置提供。
考虑到实际中煤样处于三维应力状态(σ2= σ3)，比处于试验模拟的地应力状态的强度要大，煤样加载σ1取30%～50%的埋深岩重，侧限压力依据采样点煤层泊松比大小确定，数值由压力传感器测定并指导调整。
加载采用分级方式，每次递增5或10 kN。
在试样的受载面设计一层标准砂均匀压垫层，试验机压头作用在橡胶垫上，通过标准砂垫层作用于煤样上。
采用加压泵提供水压动力，并自动跟踪记录。
用垂直和水平方向位移传感器测试煤样的表面位移。
由于脆性岩石破裂有声，可通过破坏声音测试水压裂缝发生、扩展过程，同时可观测到试件表面出现的裂缝发展过程。
测试系统如图1。
图1 煤样测试系统Fig.1 Testing system of coal sample3 试验结果分析3.1裂隙煤体的渗透性与变形特点在水力致裂过程中，煤体在复合应力的作用下，出现复杂的渗透性变化。
煤体渗透性随压力的改变规律试验，通过模拟原始应力场中大试样的水压结构改造进行。
在垂直地应力为最大主应力时，煤体的受力与渗透性变形过程，对应的试样所反映出的注水压力-应变关系如图2。
图中给出了与最大主应力平行方向的两组正交侧面上变形与注水压力变化的对应关系，侧面变形分别以钻孔轴向和径向方向表示。
煤体渗透性随注水压力变化过程中，随着时间延长，裂缝缓慢增长。
当注水压力接近临界破坏值时，随注水量和渗透性的增加，裂隙扩展速度加快，能够贯通煤体表面全程区域。
渗透性改变的原因[7，10]为：其一是煤层物理力学性质的改变；其二是裂隙发育扩展所产生的结构改造。
在模拟地应力场中的水平钻孔水压力作用下，试件的注水压力引起的破坏与钻孔轴向方位比较，表现出3种情形见图2所示。
第1种情形是与最大主应力方向平行的两组侧面变形规律相似，发生破坏程度和形成裂缝数量相当，其对应试件变形第23卷第20期邓广哲等. 煤岩水压裂缝扩展行为特性研究 • 3491 • (a) (b) (c)(d) (e) (f)图2 渗透性变化过程试件应变与注水压力的关系Fig.2 Relation curves of hydraulic pressure and strain of coal mass during the variational course of permeability与注水压力变关系如图2中(a)，(b)；与第1种情形类似，第2种情形就是侧面变形规律相似，不同之处在于2组侧面上形成破坏裂缝数量与程度不同，如图2中(c)，(d)，(f)；第3种情形不同于前2种，即试件两侧面变形规律、破坏裂缝数量与程度均有显著差别，如图2中(e)所示，表现出1组侧面发生变形破坏裂缝，而在另1组侧面上不发生。
