坚硬顶板高压水力切顶技术的切顶角度力学机制分析

为探究顶板的垮落倾角与水力钻孔角度对切顶卸压作用的力学机制，根据“砌体梁”关键块理论对切顶破断结构进行了力学分析，提出了基于关键块结构的“砌体梁”径向力模型与轴向力模型并进行了理论解析。运用COMSOL数值模拟软件，分析了不同角度下水力切顶钻孔的最大主应力分布特征。结果表明：切落顶板所受径向力会随垮落倾角的增加而上升，导致切顶后难以充分卸压。切落顶板所受轴向力随倾角的增加而逐渐降低，致使顶板更容易发生垮落。当水力切顶的角度小于45°时，垂直地应力对钻孔中部的压缩作用明显，对水力压裂起抑制作用。当切顶钻孔角度大于60°时，钻孔整体承受拉应力，有利于水力裂缝的扩展。