矿业研究与开发

作者：赵志鹏，郑凯歌，祁晓东，王泽阳，孔令宇，崔峰，杨森，刘浩，王豪杰

关键词：坚硬顶板;三轴应力;水力压裂;裂缝扩展;数值模拟

为探究缓倾斜坚硬顶板水力压裂作用下岩层裂缝展布规律及确定水力压裂临界起裂应力范围,以宽沟煤矿I010206工作面为工程背景,结合顶板围岩材料力学性质,制备相似材料试件,采用真三轴水力压裂试验装置,在σH ＝12.8~13.9MPa、σh＝6.5~8.1MPa、σv＝5MPa应力条件及40mL/min注水流量下,开展不同应力与起裂压力物理模拟试验,并借助数值模拟软件分析裂隙三维空间分布特征.结果表明:水平应力差对裂缝扩展形态具有显著影响,低应力差下裂缝呈单侧优势扩展,换算至原型的扩展面积达4.25m2,高应力差下裂缝呈对称双翼状,扩展阻力增大、面积减小至3.84m2;声发射事件数为3698~4702个、幅值峰值为83.2~121.1dB,其演化特征与裂缝起裂、扩展高度相关;确定了该矿坚硬顶板水力压裂的起裂压力范围为10.80~16.79MPa,其中临界起裂压力建议取16.79MPa作为工程下限.工程应用结果显示,该压裂参数可显著减小悬顶面积,使冲击风险显著降低.研究结果可为深部矿井顶板压裂方案设计与灾害防控提供理论支撑与工程参考.

来源：2026年第5期

《矿业研究与开发》期刊编辑部

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