煤层水力致裂对采场围岩应力影响研究

"付军辉等人通过RFPA2D-Flow数值计算软件研究了煤层水力致裂对大阳煤矿3401综放面采场围岩应力的影响。研究发现，随着水压力增加，围岩应力经历集中、转移和再集中，导致顶板压力释放，高应力区减少，低应力区增多，顶板和围岩被湿润弱化，有助于减轻覆岩压力和提高放顶煤采出率。" 本文是一篇自然科学领域的论文，重点探讨了煤层水力致裂技术在采矿工程中的应用及其对采场矿压的影响。煤层水力致裂是一种利用高压水力在煤层中产生裂缝的技术，旨在改善采煤过程中的矿压控制和提高煤炭回收率。 作者利用RFPA2D-Flow软件，这是一个专门用于分析岩石损伤破裂过程的数值模拟工具，对大阳煤矿的实际工况进行了模拟。研究显示，随着水压力的增加，采场周围的岩石应力分布发生变化，经历了一个动态的过程，即应力首先在某些区域集中，然后转移到其他部位，最终可能再次集中。这种变化导致了顶板压力的释放，使得原本高应力区域减少，而低应力区域变得更加密集。这一现象表明，水力致裂能够有效削弱顶板（煤）的强度，减少了顶板可能发生的垮塌风险。 此外，水力致裂还引起了围岩的湿润弱化，湿润区域逐渐向四周扩展。这不仅增加了煤层的可破碎性，也有助于减小覆岩的压力，对于坚硬顶板的弱化起到了积极的作用。现场试验的结果证实了这一点，水力致裂能有效地卸除覆岩的高应力，降低坚硬顶板的稳定性，从而提高了放顶煤的采出率，这对于优化采煤作业和提升资源利用率具有重要意义。 论文关键词包括煤层水力致裂、采场矿压、应力扰动和弱化顶板，这些是研究的核心概念。文章的结论强调了水力致裂技术在煤矿安全生产和提高经济效益方面的重要作用，同时也指出了未来可能的研究方向，如如何更精确地控制水压力以优化应力分布，以及如何进一步提高煤炭开采的安全性和效率。 该研究受到了国家重点基础研究发展计划（"973"计划）、国家科技重大专项和国家自然科学基金等多个项目的资助，显示出该领域研究的前沿性和实用性。作者付军辉等人的工作为我国煤炭资源的安全开采提供了理论依据和技术支持。