结构异性煤层注水裂纹扩展机制研究

冉星仕

（神木县隆德矿业有限责任公司，陕西 榆林719300）

煤层瓦斯主要以吸附和游离状态存在于具有复杂孔裂隙的煤体中，是煤矿开采的重大威胁[1-2]。我国煤矿95%以上的煤层属于低渗透煤层，瓦斯抽采难度极大[3]。因此，在煤矿开采前，需采取必要的措施提高煤层渗透性，增加煤层透气性方法的本质是通过物理、化学等人工干预的方式，在局部强制改善煤层的孔隙及裂缝系统，提高煤层透气性，从而达到强化抽采瓦斯的目的[4]。目前，煤层渗透性改善措施的研究和应用主要包括钻孔技术（大孔径钻井、密集钻井、交叉钻井）[5]、深孔爆破技术[6]、水力压裂[7]等，这些措施的应用取得了增产效果[8]。其中针对水力压裂技术，众多学者开展了大量的理论和实践研究[9-12]。水力压裂技术的应用，不仅消除了煤与瓦斯突出危险，还有效提高了煤层瓦斯的抽采效果。虽然煤层水力压裂技术取得了显著的效果，但煤层水力致裂机制的研究还不够深入，这是因为煤层是一种非均质性天然材料，煤体内部不仅存在微裂隙，还有节理、层理等弱结构面的影响，这对注水压裂裂纹的扩展产生极大的影响[13-14]。因此，考虑煤体结构异性特征，采用数值模拟的方法对注水压裂煤体裂纹的发生、发展和停止机制进行分析。

1 煤层结构异性特征

与常规天然气储层相比，煤储层具有双孔隙结构，即煤基体内由孔隙和裂隙组成。这是因为煤储层沉积过程具有取向性，经过漫长的地质作用后，煤储层结构各向异性，尤其在层理方向和节理方向上更为明显[15]。……