煤儲(chǔ)層中巷道型水平井井周應(yīng)力分布特征的數(shù)值模擬研究
——以晉城礦區(qū)胡底礦為例

張小東，孫飛揚(yáng)，張斌，衡帥，李賢忠

（1.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000；2.中原經(jīng)濟(jì)區(qū)煤層（頁巖）氣河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454000；3.中國石油華北油田分公司 煤層氣與儲(chǔ)氣庫事業(yè)部，河北 任丘 062552）

0 引言

目前，煤層氣地面開發(fā)主要分為水平井和豎直井兩種方式。其中，水平井具有穿越煤儲(chǔ)層的水平層段、穿透更多的割理裂縫系統(tǒng)、擴(kuò)大與煤儲(chǔ)層的接觸面積、有效改善煤儲(chǔ)層滲透率、增大單井采收范圍等優(yōu)勢(shì)，在煤層氣開發(fā)中引起了廣泛關(guān)注［1-3］。然而，由于煤層氣生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)水平井井周應(yīng)力認(rèn)識(shí)不足，尤其是對(duì)煤儲(chǔ)層和頂?shù)装羼詈献饔孟戮軕?yīng)力的分布認(rèn)識(shí)不足，造成井壁失穩(wěn)延誤勘探開發(fā)進(jìn)程的事故不斷出現(xiàn)。

鮮保安［4］利用斷裂力學(xué)研究了井壁附近裂紋的應(yīng)力集中現(xiàn)象；蘭凱等［5］研究認(rèn)為，在設(shè)計(jì)鉆井液柱壓力時(shí)只采用各向同性介質(zhì)井周應(yīng)力模型是頁巖井壁穩(wěn)定問題突出的主要原因；S.M.Higgins等［6］建立了橫觀各向同性地層井周應(yīng)力模型，考慮了強(qiáng)度各向異性地層對(duì)井壁穩(wěn)定的影響；A.Ghassemi等［7］研究發(fā)現(xiàn)，頁巖力化耦合材料系數(shù)各向異性嚴(yán)重制約井壁穩(wěn)定性；盧運(yùn)虎等［8］考慮了頁巖強(qiáng)度的各向異性，并結(jié)合橫觀各向同性井周應(yīng)力模型對(duì)井壁坍塌壓力進(jìn)行了研究。井壁失穩(wěn)的一個(gè)重要原因是鉆井打破了區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的分布狀態(tài)并造成應(yīng)力集中，與巖石的自身抵抗性能產(chǎn)生不平衡。針對(duì)這一問題，D.J.Gupta［9］利用彈塑性理論研究，得出彈塑性巖層中井周應(yīng)力表達(dá)式；劉玉石等［10］分析了內(nèi)壓和地應(yīng)力共同作用下井壁圍巖的受力及變形，得出了井壁圍巖失穩(wěn)破壞的臨界井周壓力；金衍等［11］分析了大位移井周的應(yīng)力分布規(guī)律，建立了大位移井井壁穩(wěn)定的力學(xué)模型；張哲等［12］分析了水平井井周裂紋萌生、擴(kuò)展以及應(yīng)力遷移和釋放現(xiàn)象。由于實(shí)際地質(zhì)和工程條件復(fù)雜，很多學(xué)者采用數(shù)值模擬的方法對(duì)此進(jìn)行研究。鄒靈戰(zhàn)等［13］利用細(xì)觀損傷力學(xué)的方法建立了氣體鉆井井壁穩(wěn)定平面應(yīng)變力學(xué)模型；朱化蜀等［14］利用有限元方法對(duì)氣井鉆井后巖石的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了研究；金英蘭［15］建立含弱可壓縮流體的初次裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)模型，根據(jù)線性疊加原理，建立了重復(fù)壓裂前井周總應(yīng)力計(jì)算模型；屈平等［16］利用三維離散元方法分析了煤層氣水平井井壁穩(wěn)定性，提出了內(nèi)外雙層建模技術(shù)。

綜上所述，以往研究集中于常規(guī)水平井的井壁穩(wěn)定性與失穩(wěn)機(jī)理，缺乏針對(duì)煤礦井下巷道型水平井開挖過程中井周應(yīng)力分布特征的研究，尤其是不同巖性條件下井周應(yīng)力分布特征的研究更少。由于巖性及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異使煤儲(chǔ)層中井周應(yīng)力在巖性突變處產(chǎn)生不連續(xù)和不協(xié)調(diào)變化，進(jìn)而對(duì)巷道型水平井的開挖尺寸造成一定影響，因此，研究煤儲(chǔ)層和頂?shù)装羼詈献饔孟旅簝?chǔ)層中巷道型水平井井周應(yīng)力分布特征對(duì)其開挖極為必要。鑒于此，依托國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)——沁水盆地高煤階煤層氣高效開發(fā)示范工程”中擬定的煤層氣地面抽采巷道型水平井施工實(shí)踐，以晉城礦區(qū)胡底礦開采的3號(hào)煤層為例，基于煤儲(chǔ)層物性和頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)，模擬研究巷道型水平井開挖過程中井周應(yīng)力分布特征，以期為煤礦井下巷道周圍影響區(qū)內(nèi)煤層氣井井位布置、井網(wǎng)優(yōu)化提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

胡底煤礦位于山西省沁水縣胡底鄉(xiāng)西北約0.5 km，為沁水煤田樊莊勘探區(qū)之一部分。按斷塊構(gòu)造劃分屬呂梁-太行斷塊之沁水坳陷的南部，晉獲褶斷帶的西側(cè)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線方向與地層總體走向一致，為北北東或近南北，地層傾向北西，傾角一般小于10°，為一單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，以寬緩型的次級(jí)褶皺構(gòu)造為主，控制并決定區(qū)內(nèi)地層以及煤層的起伏和變化。主要褶皺構(gòu)造包括蒲池背斜、石門上向斜及潘家莊向斜。井田地質(zhì)構(gòu)造綱要圖見圖1。

圖1 胡底井田地質(zhì)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Geological structure outline map of Hudi mine field

1.2 煤儲(chǔ)層概況

井田含煤地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，含煤9～12層，總厚11.25 m，含煤系數(shù)8%。主要可采煤層為太原組15號(hào)煤層和山西組3號(hào)煤層，均為高煤階煤。其中，3號(hào)煤層直接頂為黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖，底板為灰黑色泥巖或粉砂質(zhì)泥巖；15號(hào)煤層偽頂為0～0.15 m厚的黑色鈣質(zhì)泥巖，其上為K2灰?guī)r，K2賦存不穩(wěn)定，K2存在時(shí)為直接頂板，底板為黑色泥巖或中粒砂巖。

3號(hào)煤層和15號(hào)煤層含氣量分別為9.39～30.23 m3/t，7.99～25.62 m3/t，平均含氣量分別為18.90，15.80 m3/t。3號(hào)煤層埋深350～700 m，平均550 m，15號(hào)煤層位于3號(hào)煤下方，間距約80 m，兩層煤在平面上呈相同的變化趨勢(shì)，總體為東部、南部深，西部、北部淺，在寺頭斷層附近的西北端埋深最小。

2 巷道型水平井井周應(yīng)力計(jì)算模型

2.1 假設(shè)條件

為了開展數(shù)值模擬，針對(duì)研究區(qū)內(nèi)煤儲(chǔ)層和頂?shù)装鍡l件（表1），做如下假設(shè)：煤儲(chǔ)層為均質(zhì)的多孔介質(zhì)，且彈塑性各向同性；頂?shù)装鍨榫鶆虻膹椝苄越橘|(zhì)；煤儲(chǔ)層與頂?shù)装褰缑婕安煌瑤r性間的界面完全膠結(jié)，不考慮界面間的裂縫、煤儲(chǔ)層和頂?shù)装鍍?nèi)的裂縫；煤儲(chǔ)層或巖體中的流體為完全飽和的瓦斯和水，且不可壓縮；采用Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則作為煤儲(chǔ)層和頂?shù)装鍘r體的屈服準(zhǔn)則，不考慮其剪脹效應(yīng)。

2.2 本構(gòu)關(guān)系

在計(jì)算煤儲(chǔ)層和頂?shù)装羼詈献饔孟麻_挖巷道型水平井井周應(yīng)力分布時(shí)，假設(shè)煤儲(chǔ)層和頂?shù)装寰鶠閺椝苄泽w，其彈性變形服從廣義Hook定律，塑性變化服從Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則，不考慮剪脹效應(yīng)。

由廣義Hook定律［22］得

式中：εij和σij分別為應(yīng)變和應(yīng)力張量，i，j=1，2，3；E和μ分別為材料的彈性模量和泊松比；G為材料的剪切模量；σm為平均應(yīng)力，其定義為

δij為單位球張量，其定義為

Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則為［22］

式中：τ為抗剪強(qiáng)度；σ為施加的正應(yīng)力；c和φ分別為巖石類材料的黏聚力和內(nèi)摩擦角。

2.3 邊界條件和參數(shù)選取

為了使模擬接近于實(shí)際情況，以反映巷道型水平井開挖后井巷圍巖的真實(shí)位移，且保證實(shí)際位移的對(duì)稱性，模型的對(duì)稱截面統(tǒng)一采用對(duì)稱邊界條件，除了模型底面，其他截面采用應(yīng)力邊界條件，且應(yīng)力大小與研究區(qū)地應(yīng)力一致；為保證模型不產(chǎn)生剛體位移，模型底面采用位移邊界條件，且只約束模型不產(chǎn)生豎直方向的剛體位移。

煤層及其頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)見表1，巷道型水平井井周應(yīng)力參數(shù)見表2。

表1 胡底礦3號(hào)煤層及其頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)Tab.1 Rock mechanics parameter of No.3 coal seam and its roof and floor of Hudi coal mine

表2 巷道型水平井井周應(yīng)力參數(shù)Tab.2 Stress parameters around the roadway-type horizontal wells

2.4 計(jì)算模型

考慮到計(jì)算模型尺寸越大，計(jì)算時(shí)間越長，煤體屈服時(shí)變形過大造成溢出效應(yīng)明顯，且模型幾何尺寸和邊界條件對(duì)稱，選擇1/4計(jì)算模型模擬三維空間，以符合巷道型水平井的尺寸和形狀效應(yīng)。模型長×寬×高為500 m×200 m×50 m，巷道型水平井布置在煤層中，尺寸為150 m×5 m×5 m。建立的巷道型水平井開挖的計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 開挖過程中巷道型水平井井周應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算模型Fig.2 Calculation model of stress field around the roadway-type horizontal wells during excavation

2.5 網(wǎng)絡(luò)劃分的有限元分析模型

采用ABAQUS軟件自帶的映射網(wǎng)格劃分技術(shù)，在需要著重考察的區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)加密，以期提高計(jì)算準(zhǔn)確度?？紤]到模型大小對(duì)計(jì)算速度的影響，巖體單元類型選擇結(jié)構(gòu)化的線性C3D-8R六面體單元。為了能更精確地反映井周應(yīng)力情況，在巷道型水平井井周對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，網(wǎng)格劃分后的有限元分析模型如圖3所示。

圖3 巷道型水平井開挖網(wǎng)格劃分有限元分析模型Fig.3 Meshed finite element model during excavation of roadway-type horizontal wells

3 模擬結(jié)果分析

3.1 斷面形狀對(duì)巷道型水平井井周應(yīng)力的影響

為探討不同斷面形狀對(duì)巷道型水平井井周應(yīng)力場(chǎng)及應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)的影響，模擬研究矩形和圓形兩種形狀的巷道型水平井井周最小水平主應(yīng)力分布及應(yīng)力影響區(qū)大小的差異，如圖4所示。

圖4 不同斷面形狀對(duì)巷道型水平井井周應(yīng)力的影響Fig.4 Influences of different wellbore shapes of roadway-type horizontal wells on stress around wells

由圖4可以看出，整體上，頂?shù)装鍖?duì)巷道型水平井井周豎直方向的應(yīng)力分布產(chǎn)生了明顯影響，使豎直方向的正應(yīng)力產(chǎn)生了不連續(xù)和不協(xié)調(diào)變化，且在一定程度上促進(jìn)了界面處應(yīng)力集中，該應(yīng)力集中的存在將有利于巷道型水平井開挖后沿豎直方向的坍塌，進(jìn)而造成井周應(yīng)力的擾動(dòng)和釋放。由圖4進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，圓形巷道型水平井豎直方向的應(yīng)力集中在巖性突變界面處更明顯，可能與水平井?dāng)嗝嫘螤詈蛶r性突變引起的應(yīng)力集中效應(yīng)疊加有關(guān)，表明在一定程度上，圓形巷道型水平井更利于應(yīng)力釋放和擾動(dòng)，利于井徑擴(kuò)大。

矩形巷道型水平井4個(gè)角點(diǎn)處的應(yīng)力集中明顯高于側(cè)壁中點(diǎn)處的，呈現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，說明該形狀的水平井4個(gè)角點(diǎn)處易因應(yīng)力集中發(fā)生破裂。應(yīng)力重新分布后頂?shù)装逯悬c(diǎn)處產(chǎn)生的張拉應(yīng)力易發(fā)生失穩(wěn)破裂，使井壁兩側(cè)因壓應(yīng)力的存在而不易破裂。由此可見，與矩形巷道型水平井相比，圓形巷道沿最大水平主應(yīng)力和垂直主應(yīng)力方向均產(chǎn)生顯著的應(yīng)力集中，且應(yīng)力變化劇烈，因此容易失穩(wěn)破裂而使井徑擴(kuò)大。

3.2 斷面尺寸對(duì)巷道型水平井井周應(yīng)力的影響

為探討斷面尺寸對(duì)巷道型水平井井周應(yīng)力變化的影響，以圓形巷道型水平井為例，建立不同斷面尺寸巷道型水平井開挖過程中井周應(yīng)力的變化模型，以最大水平主應(yīng)力為例，如圖5所示。

圖5 不同斷面尺寸對(duì)巷道型水平井井周最大水平主應(yīng)力的影響Fig.5 Influences of different wellbore sizes of roadway-type horizontal wells on the maximum horizontal principal stress

由圖5可知，不同斷面尺寸明顯影響井周水平最大主應(yīng)力的集中程度，尤其是在水平方向。具體表現(xiàn)為井徑越小，井周應(yīng)力集中現(xiàn)象越明顯，應(yīng)力變化越劇烈，但井周應(yīng)力影響區(qū)的范圍越小；井徑越大，井周應(yīng)力集中現(xiàn)象越不明顯，應(yīng)力變化越緩慢，但井周應(yīng)力影響區(qū)的范圍卻越大。由此可見，井巷斷面尺寸是影響巷道型水平井周應(yīng)力影響區(qū)大小和應(yīng)力集中程度的一個(gè)關(guān)鍵因素，為提高應(yīng)力影響區(qū)范圍，應(yīng)盡可能增大巷道型水平井?dāng)嗝娉叽纭?/p>

由不同斷面尺寸井周應(yīng)力釋放區(qū)與影響區(qū)的范圍（圖6）可以看出，井周應(yīng)力劇烈釋放區(qū)內(nèi)，應(yīng)力隨斷面尺寸增加而降低，說明斷面尺寸越大，圍巖的卸壓程度越大；而在應(yīng)力影響區(qū)內(nèi)，應(yīng)力隨斷面尺寸的改變變化不明顯，這可能與斷面尺寸相對(duì)較小造成的地應(yīng)力擾動(dòng)較小有關(guān)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，巷道型水平井井周應(yīng)力劇烈釋放區(qū)和應(yīng)力影響區(qū)的范圍均隨斷面尺寸的增加而增大，即應(yīng)力影響區(qū)的范圍隨斷面尺寸的變化速率大于應(yīng)力劇烈釋放區(qū)的范圍隨斷面尺寸變化的速率（圖7）。由此可認(rèn)為，在應(yīng)力影響區(qū)內(nèi)，斷面尺寸對(duì)應(yīng)力的影響大于在應(yīng)力釋放區(qū)的影響程度。

圖6 不同斷面尺寸對(duì)巷道型水平井井周應(yīng)力的影響Fig.6 Influences of different wellbore sizes on rock stress around roadway-type horizontal wells

圖7 不同斷面尺寸對(duì)巷道型水平井井周應(yīng)力的影響范圍Fig.7 Influence ranges of different wellbore sizes on rock stress around roadway-type horizontal wells

3.3 不同開挖方向下的井周應(yīng)力分布特征

為探討不同開挖方向?qū)ο锏佬退骄軕?yīng)力分布的影響，基于計(jì)算模型（圖2），分別模擬計(jì)算沿最小、最大水平主應(yīng)力方向開挖時(shí)，巷道型水平井井周圍巖在平行和垂直巷道方向上3個(gè)地應(yīng)力的變化特征，結(jié)果如圖8～9所示。

3.3.1 沿最小水平主應(yīng)力方向開挖

由圖8可知，巷道型水平井沿最小水平主應(yīng)力方向開挖時(shí)，垂直巷道型水平井方向地應(yīng)力的變化較明顯，且在近10 m的范圍內(nèi)變化劇烈，應(yīng)力集中現(xiàn)象顯著；在10 m范圍以外，地應(yīng)力有一定的變化，但是其變化速率明顯減小。在平行巷道方向，地應(yīng)力變化不明顯。

圖8 沿最小水平主應(yīng)力方向開挖過程中巷道型水平井井周應(yīng)力影響區(qū)范圍Fig.8 Range of rock stress influence zone around roadwaytype horizontal wells during excavation along the direction of minimum horizontal principal stress

根據(jù)圖8所示的兩條計(jì)算路徑，分別獲取平行和垂直巷道方向上3個(gè)地應(yīng)力的變化規(guī)律，如圖10～11所示。由圖10～11可以看出，沿最小水平主應(yīng)力方向開挖后，在垂直巷道方向，影響區(qū)范圍約為80 m（以應(yīng)力變化5%為其影響范圍下限），應(yīng)力劇烈釋放區(qū)范圍大約20 m；在平行巷道方向，影響區(qū)范圍約65m，應(yīng)力劇烈釋放區(qū)范圍約20 m。無論是垂直巷道方向還是平行巷道方向，巷道型水平井開挖后，豎直主應(yīng)力均出現(xiàn)應(yīng)力集中，而最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力均發(fā)生應(yīng)力釋放現(xiàn)象，且最小水平主應(yīng)力釋放更加劇烈?？傮w上，巷道型水平井的尺寸效應(yīng)表明，在垂直巷道方向上的應(yīng)力影響范圍比平行巷道方向更為顯著。

圖10 沿最小水平主應(yīng)力方向開挖過程中平行巷道方向的應(yīng)力變化Fig.10 Stress variations in the direction of parallel roadway during excavation along the direction of minimum horizontal principal stress

3.3.2 沿最大水平主應(yīng)力方向開挖

圖9為沿最大水平主應(yīng)力方向開挖過程中巷道型水平井井周應(yīng)力的變化及其影響區(qū)范圍。

圖9 沿最大水平主應(yīng)力方向開挖過程中巷道型水平井井周應(yīng)力影響區(qū)范圍Fig.9 Range of rock stress influence zone around roadway-type horizontal wells during excavation along the direction of maximum horizontal principal stress

由圖9可知，巷道型水平井沿最大水平主應(yīng)力方向開挖時(shí)，垂直巷道型水平井方向的地應(yīng)力變化較明顯，且在近10 m的范圍內(nèi)變化劇烈，應(yīng)力集中現(xiàn)象顯著；在10 m范圍外，地應(yīng)力有一定變化，但其變化速率明顯減小。在平行巷道方向，地應(yīng)力變化不明顯。

根據(jù)圖9所示的兩條計(jì)算路徑，分別獲取垂直巷道方向和平行巷道方向3個(gè)地應(yīng)力的變化規(guī)律，如圖12～13所示。由圖12～13可以看出，沿最大水平主應(yīng)力方向開挖后，無論是垂直巷道還是平行巷道方向，應(yīng)力影響區(qū)范圍均為65 m（以應(yīng)力變化5%為其影響范圍下限），應(yīng)力劇烈釋放區(qū)范圍為約20 m；且豎直主應(yīng)力均出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，垂直巷道方向的應(yīng)力集中更顯著。最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力雖然均有應(yīng)力釋放現(xiàn)象，但應(yīng)力釋放程度差異巨大。平行巷道方向最大水平主應(yīng)力的應(yīng)力釋放顯著，但最小水平主應(yīng)力卻呈現(xiàn)出微弱的應(yīng)力集中現(xiàn)象。在垂直巷道方向，最小水平主應(yīng)力的釋放更加明顯，而最大水平主應(yīng)力幾乎沒有應(yīng)力釋放現(xiàn)象?？傮w上，垂直巷道方向的應(yīng)力影響范圍比平行巷道方向的大。

圖12 沿最大水平主應(yīng)力方向開挖過程中垂直巷道方向的應(yīng)力變化Fig.12 Stress variation in the direction of vertical roadway during excavation along the direction of maximum horizontal principal stress

3.3.3 不同開挖方向井周應(yīng)力分布的差異性分析

由圖11～12可以看出，在垂直巷道方向上，巷道型水平井沿最小水平主應(yīng)力方向開挖時(shí)，最小水平主應(yīng)力的應(yīng)力釋放比沿最大水平主應(yīng)力方向開挖時(shí)劇烈，且最大水平主應(yīng)力的應(yīng)力釋放比沿最大水平主應(yīng)力開挖時(shí)的弱，但是相差較小；豎直主應(yīng)力的應(yīng)力釋放情況與巷道型水平井的開挖方向關(guān)系不大。因此，單從垂直巷道方向看，沿最小水平主應(yīng)力方向開挖巷道型水平井更有利于地應(yīng)力的釋放。

圖11 沿最小水平主應(yīng)力方向開挖過程中垂直巷道方向的應(yīng)力變化Fig.11 Stress variations in the direction of vertical roadway during excavation along the direction of minimum horizontal principal stress

圖13 沿最大水平主應(yīng)力方向開挖過程中平行巷道方向的應(yīng)力變化Fig.13 Stress variation in the direction of parallel roadway during excavation along the direction of maximum horizontal principal stress

由圖10～13可知，在平行巷道方向上，巷道型水平井沿最小水平主應(yīng)力方向開挖時(shí)，最大水平主應(yīng)力的應(yīng)力釋放比沿最大水平主應(yīng)力方向時(shí)劇烈，但差異不明顯；最小水平主應(yīng)力的應(yīng)力釋放卻明顯比沿最大水平主應(yīng)力開挖時(shí)的強(qiáng)，后者甚至出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象；豎直主應(yīng)力的應(yīng)力釋放仍是沿最小水平主應(yīng)力方向開挖時(shí)較明顯，但差別不大。因此，單從平行巷道方向看，沿最小水平主應(yīng)力方向開挖巷道型水平井更有利于地應(yīng)力的釋放。

總體上，針對(duì)研究區(qū)構(gòu)造條件較為簡單、斷裂構(gòu)造不發(fā)育、褶曲寬緩、單斜構(gòu)造為主的地質(zhì)特點(diǎn)，上述研究認(rèn)為巷道型水平井沿最小水平主應(yīng)力方向開挖時(shí)應(yīng)力釋放更加明顯，建議巷道型水平井沿水平最小主應(yīng)力方向開挖，會(huì)使煤儲(chǔ)層滲透性改善范圍更大。

4 結(jié)論

（1）煤層和頂?shù)装羼詈献饔孟?，頂?shù)装迕黠@改變了巷道型水平井井周的應(yīng)力分布，尤其是豎直方向應(yīng)力的分布，使其呈現(xiàn)不連續(xù)性和不協(xié)調(diào)性，且加大了巖性突變界面處的應(yīng)力集中，該集中應(yīng)力有利于巷道型水平井開挖后沿豎直方向坍塌使井周應(yīng)力釋放，從而更利于井徑擴(kuò)大。

（2）矩形巷道型水平井與圓形巷道型水平井井周應(yīng)力影響區(qū)的范圍基本一致，大約為80 m；圓形巷道型水平井影響范圍內(nèi)應(yīng)力釋放更為劇烈，而矩形巷道水平井的應(yīng)力劇烈擾動(dòng)區(qū)范圍內(nèi)出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，不利于地應(yīng)力釋放。

（3）巷道型水平井井周應(yīng)力劇烈釋放區(qū)與應(yīng)力影響區(qū)的范圍均隨井巷斷面尺寸的增加而增大，斷面尺寸對(duì)井周圍巖應(yīng)力影響區(qū)范圍的影響大于應(yīng)力劇烈釋放區(qū)。

（4）巷道型水平井沿最大水平主應(yīng)力或最小水平主應(yīng)力開挖后，無論是平行還是垂直巷道方向，豎直主應(yīng)力均有應(yīng)力集中現(xiàn)象，而最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力均出現(xiàn)應(yīng)力釋放現(xiàn)象。圍巖應(yīng)力釋放后產(chǎn)生了一定范圍的應(yīng)力劇烈釋放區(qū)與應(yīng)力影響區(qū)，沿最小水平主應(yīng)力方向開挖巷道型水平井更有利于應(yīng)力釋放，建議按最小水平主應(yīng)力方向進(jìn)行布置。