基于弹塑性损伤的软煤水压致裂渗流耦合数值模型

武文宾123

(1. 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆 400037；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037；3.山东科技大学 安全与环境工程学院，山东 青岛 266590)

为解决煤层渗透率低的问题，国内技术人员针对性地研发煤层的各种增渗技术，使煤层中产生人为裂隙或沟通原生裂隙，增加煤层气流动通道，达到提升煤层气抽采效果的目的。目前主要技术有保护层开采的煤层外增渗和包括水力增渗、爆破增渗等的煤层内增渗措施[1]。水力压裂作为水力增渗常用方法，已在能源领域尤其是油气开采中得到广泛应用并取得良好效果。该方法是将流体介质高压注入煤层使其破裂形成贯通裂缝从而形成气体通道，增加煤层渗透率。

在岩石的损伤、渗流等方面已有成熟理论，试验已发现或验证了材料内部的裂隙和应力应变与渗流特性的相关性[2-7]，揭露了不同应力应变条件下的岩石渗透率敏感性及变化规律，发现部分岩石内部损伤应变不可恢复及渗流滞后的现象。由于我国低渗软煤赋存较多，为研究软煤与硬煤的特性差异并指导软煤增渗的实施，诸多学者进行了软煤原始渗流耦合或致裂耦合特性研究，如赵志根等[8-9]研究了软煤非均质性及应力-应变的差异特征。张天军等[10-14]建立了软煤在受载作用时的损伤演化模型、孔隙特征及声发射特征。Fujii等[15-19]通过实验提出了损伤判据、流变模型、孔隙结构及塑性变化等特征模型。

目前针对水力压……