水平割缝和顶板压裂复合作用下煤柱卸压效果数值模拟分析 论文

针对多巷布置工作面回采过程中煤柱应力集中程度大、巷道变形量大的问题，研究人员采用了水平割缝与顶板压裂相结合的双重手段，对煤柱和顶板进行弱化卸压。这一方法能够显著降低煤柱承载的应力水平，并改变应力分配比例，使应力集中区向实体煤深部转移。

在此研究中，基于对煤柱留巷侧向顶板破断结构与应力分布情况的分析，进一步探讨了水平割缝和顶板压裂复合作用下的煤柱卸压机理。以纳林河二号矿井为研究对象进行的数值模拟分析结果表明：采取割缝间距2米并且临巷侧保留5米煤柱不割的方案后，应力向实体煤侧转移，其中实体煤侧承压范围主要集中在1～15米范围内。与未采取任何卸压措施相比，应力降低了约30%。

进一步研究发现，采用超高压水力割缝和压裂断顶的方案后，保护煤柱侧的应力大幅降低，基本恢复至原岩应力状态，避免了应力集中现象。相较于未采取任何卸压措施，应力降低了47%。这种显著的卸压效果可以参考其他相关的水力压裂与割缝技术研究，如《水力割缝压裂增透试验效果分析》 和 《煤层水力压裂均匀卸压数值模拟研究》中的实验数据。

关键词：煤柱应力集中，水平割缝，顶板压裂，水力割缝，纳林河矿井