采动应力干扰下分段压裂裂缝竞争扩展规律及诱导应力场演化机理

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0127

采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (1): 173-187.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0127

采动应力干扰下分段压裂裂缝竞争扩展规律及诱导应力场演化机理

时培涛1,2,闫浩1,2,张吉雄1,3,陈驰1,2,金磊林1,2

1. 中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116;2. 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州221116; 3. 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏徐州221116

出版日期:2026-01-15 发布日期:2026-01-10
通讯作者: 闫浩，E-mail： haoyan@cumt.edu.cn，Tel： 13813472587
作者简介:时培涛(1997— ),男,山东省潍坊市人,博士研究生,从事煤岩体高效压裂、矿山固废充填处置与利用方面的研究。
基金资助:
新疆维吾尔自治区重点研发计划项目(2023B01009)

Fracture competition propagation patterns and induced stress field evolution mechanisms during staged fracturing with mining-induced stress disturbance

Online:2026-01-15 Published:2026-01-10

摘要/Abstract

摘要： 压裂技术在煤层增透、促进顶煤冒放、顶板压裂防冲等方面应用广泛。在煤层或顶板中压裂时,采掘活动引起的扰动应力场将直接影响裂缝扩展规律和压裂效果。基于采动应力场中压裂工程背景,提出了采动应力张量变换下压裂模拟方法,通过二次开发SIGINI子程序实现了平衡态预定义采动应力场,研究了在旋转应力场中分段压裂时裂缝面的扩展规律,并基于李群和李代数描述了诱导应力场三维演化规律。结果表明:在原始地应力场中,随着压裂段间距的增大,裂缝面平均粗糙度和最大高度差总体呈下降趋势,中间裂缝面粗糙度往往最小,表明压裂段间距的增加弱化了缝间应力阴影的影响；在旋转应力场中,中间裂缝面粗糙度往往最大,说明其在扩展过程中弯曲较多；裂缝诱导应力场使部分区域应力发生重定向,并且使应力值大幅变化,从应力阴影到原始地应力区,最小主应力值增加了16.2％,中间主应力值增加了8.5％,最大主应力值减小了71.1％；在裂缝诱导应力场影响范围内,相邻裂缝竞争扩展,旋转应力场推动裂缝面偏转到诱导应力场范围内,受诱导应力场和旋转应力场双重影响,裂缝形态更加复杂。

关键词: 采动应力, 应力旋转, 煤层压裂, 分段压裂, 应力张量

中图分类号:

TD 353

时培涛, 闫浩, 张吉雄, 陈驰, 金磊林, . 采动应力干扰下分段压裂裂缝竞争扩展规律及诱导应力场演化机理[J]. 采矿与安全工程学报, 2026, 43(1): 173-187.

[1]	张晓悟, 徐金海, 曹悦, 温双武, 许志军, 台连海, 孙垒. 采动应力场下巨厚覆岩层分区水压致裂关键技术[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(5): 1076-1089.
[2]	唐龙, 屠世浩, 屠洪盛, 张雷, 李文龙, 苗凯军, 赵宏斌, 马杰阳. 褶曲构造区围岩采动应力演化规律及控制技术[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(3): 636-647.
[3]	韩红凯, 史灿, 许家林, 刘彦伟, 王晓振, 左伟芹, AGUS Pulung Sasmito, 石钊旗. 基于采动覆岩关键层“板-梁”结构的应力场预测模型研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(6): 1190-1201.
[4]	吴宝杨, 曹志国, 于利强, 李鹏, 王雁冰, 左畅. 缓倾斜煤层地下水库煤柱坝体宽度计算及影响因素分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(2): 277-284.
[5]	张向阳, 李修冠, 童治鹏, 高银贵, 赵向阳. 厚煤硬顶条件下综放末采回采效率提高对策研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(2): 295-304.
[6]	董书宁, 柳昭星, 王皓. 基于主应力状态转换的采场底板突水机理分析#br#[J]. 采矿与安全工程学报, 2023, 40(4): 691-703.
[7]	刘怀东, 刘长友, 刘江伟. 跨采底板大巷围岩应力演化特征及压裂卸压控制研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2023, 40(3): 488-497.
[8]	王兆会, 唐岳松, 李辉, 杨印朝, 李家龙, 王志峰. 千米深井超长工作面支架阻力分布特征及影响因素研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2023, 40(1): 1-10.
[9]	池小楼, 杨科, 付强, 魏祯, 张寨男. 大倾角煤层分层综采再生顶板应力分布规律研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2022, 39(5): 891-900.
[10]	张雷, 李研, 屠世浩, 屠洪盛, 李文龙. 深部煤层分叉合并区采动应力演化机理及控制技术 [J]. 采矿与安全工程学报, 2022, 39(4): 702-710.
[11]	娄金福. 采场覆岩破断与应力演化的梁拱二元结构及岩层特性影响机制[J]. 采矿与安全工程学报, 2021, 38(4): 678-686.
[12]	韩刚, 窦林名, 张寅, 李旭东, 王黔, 吕玉磊. 沿空巷道动力显现影响机制与防治技术研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2021, 38(4): 730-738.
[13]	庞义辉, 巩师鑫, 刘庆波, 王泓博, 娄金福. 深部采场覆岩断裂失稳过程及支架载荷预测分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2021, 38(2): 304-316.
[14]	蔡武，窦林名，王桂峰，胡亚伟. 煤层采掘活动引起断层活化的力学机制及其诱冲机理[J]. 采矿与安全工程学报, 2019, 36(6): 1193-1202.
[15]	武泉森，蒋力帅，孔朋，王普，徐传伟. 断层煤柱及倾角对采动应力及能量分布的影响特征 [J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(4): 708-716.

采动应力干扰下分段压裂裂缝竞争扩展规律及诱导应力场演化机理

Fracture competition propagation patterns and induced stress field evolution mechanisms during staged fracturing with mining-induced stress disturbance

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