基于FLAC3D模拟的水力压裂裂纹延伸规律及破坏分析

本文主要探讨了"水力压裂裂纹延伸规律模拟"这一主题，作者朱红青、李峰、张悦、潘凤龙和高如乐来自中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，他们针对常村矿3#单一煤层进行了深入的研究。研究基于莫尔-库伦屈服准则，这是一种在岩土力学中广泛使用的断裂准则，用于分析岩石在受力作用下的破裂行为。 在模拟过程中，FLAC3D数值模拟软件被选用，这是一种强大的地质力学和岩土工程模拟工具，能够精确模拟复杂的断裂和裂纹扩展情况。研究发现，在水力压裂过程中，煤体的主要破坏类型表现为剪切破坏，即煤体在受到外力时，沿某一平面发生相对滑移，导致结构破坏。 压裂孔的端头区域首先经历破碎损坏，这是因为此处承受的应力集中且易于引发断裂。随着水力压裂压力的增加，裂纹的延伸趋势也有所不同：裂纹在最大主应力方向上延伸速度最快，而沿着最小主应力方向则相对较慢。这表明裂纹的延伸受主导应力影响显著。 在压裂孔的端头区域，裂纹的延伸在竖直方向和走向方向基本保持同步，说明这个区域的裂纹延伸对地应力的敏感度降低，表明地应力的影响在此区域有所减小。最后，研究还发现最大主应力方向上的裂纹延伸长度与水力压裂压力存在正比关系，即压力越大，裂纹延伸越长。 这些发现对于理解和预测水力压裂过程中煤层的力学行为具有重要意义，不仅有助于优化压裂设计，减少煤层开采过程中的安全隐患，还能提高煤炭开采效率。研究结果以关键词"水力压裂"、"裂纹延伸"、"破损类型"和"数值模拟"为中心，将理论与实践相结合，为煤炭行业的技术进步提供了有力支持。本文发表在2012年11月的某期期刊上，中图分类号为TD713，文献标志码为A，文章编号为1003-496X(2012)11-0030-04，体现了该领域的学术价值和实用意义。