煤田地质与勘探

作者：段宏飞, 叶大羽, 赵丽娟, 曾一凡, 邹俊鹏, 余国锋, 孟相,

关键词：深部煤矿, 底板水力压裂, 幂律裂隙网络, 流固耦合, 底板应力, 突水风险,

目的底板水力压裂是实现主动卸压、降低岩体破坏程度和改善渗流通道的重要技术手段，但底板裂隙网络在水力压裂过程中的演化特征，及其对应力重分布与岩体稳定性的影响仍缺乏系统定量认识。方法为解决这一易导致底板岩体严重破坏的问题，基于幂律裂隙网络与流固耦合理论，将底板视为含多尺度裂隙的饱和多孔介质，引入裂隙幂律指数、最大裂隙长度和裂隙长度比参数，构建统一表征原生裂隙与水力压裂诱导裂隙的底板水力压裂流−固−裂隙耦合模型，从而实现底板裂隙网络结构演化特征的定量、全面分析。通过与裂隙介质渗流试验及现场工程数据的对比，验证模型对裂隙网络控制下流体运移和应力重分布的表征能力。以安徽淮南矿区某矿1221(3)W工作面底板为算例，分析承压含水层或注水边界条件下底板中线应力的时空演化特征；结合底板破坏监测点轴向应力与时程曲线，为数值模型中应力演化与失稳判据提供参照。结果和结论采用提出的耦合模型计算1221(3)W工作面可得：裂隙统计特征对应力场的影响具有明显差异；当裂隙幂律指数由1.7减小至1.3时，底板岩体最大应力增幅约24.91%；当最大裂隙长度由0.012 m增至0.020 m时，最大应力增幅约43.71%；当裂隙长度比由0.002增至0.010时，最大应力增幅约10.85%；因此可得最大裂隙长度是控制底板应力集中和稳定性最敏感的裂隙参数，其次为裂隙幂律指数，裂隙长度比的影响相对较弱。此外，研究发现底板中少量贯通性强的长大裂隙对应力集中和裂隙导水范围具有主导作用，应在底板水力压裂设计中予以重点识别和控制，为深部煤矿底板稳定性评价和突水风险防控提供参考。

来源：2026年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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