低滲透性煤層瓦斯抽采、堅硬厚及特厚煤層綜放開采和沖擊礦壓防治是目前煤礦的技術難題。在煤巖體中人工增加裂縫，弱化其強度、改善其滲透性，是有效解決途徑。試驗表明，水壓控制爆破后進行水力致裂能有效增加水壓裂縫的數目和范圍；進而提出了煤巖體水力爆破致裂弱化/增透方法。采用大尺寸（500mm×500mm×500mm）真三軸煤巖體水力致裂實驗系統等完成了項目內容的研究。掌握了真三軸圍壓下鉆孔水壓爆破裂縫空間形態及其影響因素、爆生裂縫對后續水力致裂的導向作用、水力爆破致裂的裂縫擴展規律，為煤巖體水力爆破致裂合理技術參數的確定提供了理論依據。 揭示了真三軸圍壓下鉆孔水壓爆破裂縫空間形態。實驗結果表明，鉆孔水壓爆破不一定有氣泡脈動現象產生。三向圍壓下鉆孔水壓爆破后，以裸孔爆破段為中心，向外依次形成了粉碎壓縮區和爆生裂隙區，二個區的外緣在空間上均呈近似橢球體。鉆孔徑向圍壓大的方向爆生裂縫范圍也大，即鉆孔徑向橫截面的爆生裂縫范圍近似呈橢圓分布。根據裂縫產生原因的不同，將爆生裂縫沿鉆孔軸向劃分為三個帶：爆炸沖擊帶、軸向擴展帶和孔口影響帶。得出了應力場、孔內初始水壓力、單個鉆孔裝藥量、節理裂隙、不同耦合介質等5個關鍵因素對水壓爆破裂縫形態的影響規律。 后續水力致裂使得爆生裂紋進一步擴展并形成多條多向的水壓裂縫，局部水壓裂縫主要有局部水壓裂縫帶、局部分支水壓裂縫和鉆孔軸向分層裂縫三種類型。破裂壓力最小的裂縫優先起裂并沿著初始方向定向擴展，最終形成優勢主破裂面。垂直于最小主應力的主破裂面較多、其它方向的主破裂面則較少。單裂縫的起裂及擴展準則適用于多裂縫情況，由此確定了水力爆破致裂的裂縫起裂及擴展規律。一旦某種裂縫優先起裂及有所擴展，且取得一定的長度優勢后，裂縫擴展的“馬太效應”現象就顯現出來。水壓爆破產生的爆生裂縫發揮著基礎性的導向作用。水力爆破致裂后試塊的完整性遠遠低于常規水力致裂。由于水壓爆破導致的“應力籠”、新增的主破裂面以及次破裂面，使得相同地應力環境下的水力爆破致裂的初次破裂水壓力要高于常規水力致裂，高出的幅度大約為50%~200%。

低滲透性煤層瓦斯抽采、堅硬厚及特厚煤層綜放開采和沖擊礦壓防治是目前煤礦的技術難題。在煤巖體中人工增加裂縫，弱化其強度、改善其滲透性，是有效解決途徑。申請者初步試驗結果表明，水壓控制爆破后進行水力致裂能有效增加水壓裂縫的數目和范圍；進而提出了煤巖體水力爆破致裂弱化/增透方法。本項目采用大尺寸（500mm×500mm×500mm）真三軸煤巖體水力致裂實驗系統等研究煤巖體水壓爆破后裂縫形態及其受應力場、原生節理裂隙等的影響，分析水壓爆破爆生裂隙分布形態等對后續水力致裂裂縫擴展方向、數目的影響；研究基于水壓爆破后多裂縫的三維動態擴展規律及其受應力場、原生節理裂隙等的影響，研究基于爆生裂縫的水壓裂縫空間轉向的力學機制，分析水壓裂縫分叉的力學條件；分析致裂（注水）工藝對多水壓裂縫擴展的影響；分析煤巖體水力爆破致裂弱化/增透的效果，確定合理的水力爆破致裂技術參數。

學科：地質力學

詞目：水力壓裂法

英文：hydrofracturing method(fracking)

低滲透裂隙巖體水力參數（指滲透率和滲透系數）的測定方法研究長期以來一直是國內外高放廢物地質處置工作中的重要內容，但卻由于裂隙巖體的極端非均質性和各向異性，對這兩個參數測定方法的研究多年來一直進展緩慢，所得結果難以滿足處置庫安全性評價的要求。為此本申請提出與室內外水力試驗同步進行電阻率成像法監測以獲取三維、多尺度和不同方向條件下水力參數的構想。研究內容為：（1）巖石和裂隙巖體中水體流動過程的電響應特征；（2）針對室內巖樣、現場地表和鉆孔孔內的三維電阻率成像方法與裂隙網絡提取技術；（3）電阻率成像法對裂隙網絡及滲流過程探測的靈敏度與檢出下限；（4）基于成像監測資料的巖石滲透率和巖體滲透系數張量的測定與評價方法。這一多尺度的耦合試驗研究為充分利用傳統的水力試驗獲得更豐富的水力參數資料創造了條件，在水力參數分布規律、水動力和溶質傳輸模擬、處置庫安全性評價等研究領域都具有重要的科學意義和應用價值。

由圖可得關泵壓力(ps)、裂縫擴展壓力(pr)和破裂壓力(pf),并按下式計算主應力：最小水平應力σh=ps最大水平應力σH=3ps-pr-po式中：po為孔隙壓力。而鉛直應力σv可根據上覆巖層的重量計算：σv=ρgH式中：ρ為巖石密度；g為重力加速度；H為測量深度；主應力方位由印模器確定。此法于20世紀50年代由哈伯特(Hubbert)、威利斯(Willis)在理論上進行論證,60年代由夏德格(Scheidergger)、凱利(Keighley)、費爾赫斯特(Fairhurst)等加以完善,海姆森(Haimson)等分析了壓裂液滲入的影響,并作大量野外和室內實驗工作。由于操作簡便,且無須水力壓裂法知道巖石的彈性參量而得到廣泛應用。美國已進行很多水力壓裂法地應力測量,德國、日本和中國等也已相繼開展此項工作。目前,此法已能在5000米深處進行測量