井下射孔强化压裂裂缝导流机理研究

煤矿井下水力压裂中经常出现裂缝扩展无序、闭合快等现象,导致裂缝导流能力较差,无法实现瓦斯的高效抽采。针对此问题,提出采用水射流射孔强化裂缝导流能力的方法,即采用高压水射流在煤孔段垂直于钻孔轴向射孔。采用FLAC3D分析了射孔周边煤体应力分布,结果表明,射孔尖端处存在耳状塑性区。根据最大主应力的准则判断,塑性区的存在可促使裂缝在射孔尖端处起裂。采用RFPA2D-Flow分析了不同水平应力组合下的裂缝扩展特性,结果表明,裂缝在射孔尖端处起裂后,在塑性区内沿水平方向延伸,然后平行于最大水平主应力方向延伸。视压裂裂缝面为粗糙面,基于Y模型分析了裂缝面微凸体分布规律。采用Hertz接触理论研究了两缝面单个微凸体接触受力状态,得出压裂裂缝面微凸体受力与裂缝闭合量呈正指数关系。基于N-S方程分析了真实压裂裂缝内瓦斯渗流速度分布,得出了煤岩体裂缝中瓦斯流量与裂缝面高度成立方关系。对比分析得出,射孔煤体周边应力明显小于不射孔煤体周边应力。通过以上分析得出,射孔导向裂缝在煤层中有序扩展,降低了煤岩体有效应力,减小了压裂裂缝的闭合量,实现了瓦斯长时高效抽放。