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瓦斯灾害严重制约我国煤炭工业的健康发展,严重威胁煤矿工人生命财产安全。随着对于煤炭资源的持续性消耗,部分煤矿开始转为深部开采。然而,随着开采深度的增加,一系列自然阻抗因素也之变化,例如:瓦斯含量与压力、地热、地应力、煤层透气性等因素对于煤矿开采的影响也随之变化。本文针对山西某矿150108工作面高瓦斯、高压力、低透气性的特点,为了保障安全生产,采用水力压裂技术预先排采煤层瓦斯,从而达到降压、增透、排瓦斯的效果。本文采用理论分析、数值模拟相结合的研究方法对水力压裂裂缝的起裂、扩展机理展开研究,结合试验工作面水力压裂的施工工艺参数,为该工作面的瓦斯抽采设计提供理论依据。 理论分析水力压裂裂缝的扩展准备阶段、裂缝产生阶段以及裂缝扩展阶段,构建水力压裂裂缝起裂压力、裂纹扩展长度、煤体渗透率的变化数学模型,揭示水力压裂增透卸压作用的理论基础。建立该工作面水力压裂的数值分析模型,结合RFPA2D-Flow软件模拟水力压裂起裂压力以及裂缝扩展随着地应力的变化规律,结果表明:(1)数值模拟水力压裂起裂压力为16.2Mpa,与工程试验结果相一致。(2)数值模拟不同侧应力系数条件下,裂缝的起裂位置,当侧应力系数?<1时,裂缝沿着垂直方向开始起裂;当侧应力系数?=1时,裂缝随机方向起裂;当?>1时,裂缝沿着水平方向开始起裂;(3)应力差值越大,起裂所需的压力越小,应力差值与起裂所需的压力大致呈线性分布。结合RFPA2D-Flow软件模拟分析不同煤体的坚固性系数对水力压裂的影响,结果表明:(1)随着煤体坚固性系数的增大,煤体所需的起裂压裂也逐渐增大。(2)通过理论分析与工程试验相结合,确定该矿井150108工作面原始瓦斯抽采影响半径为1m,通过水力压裂工程试验后,150108工作面的瓦斯抽采影响半径变为4m以上,瓦斯抽采影半径大大提升,瓦斯抽采效果显著。 通过水力压裂工程试验,结果表明煤层透气性显著增大,瓦斯抽采纯量显著增大,瓦斯压力也随之下降。本文通过理论分析、数值模拟相结合的研究方法,对于指导山西某矿150108工作面水力压裂工程试验取得良好的效果。