液氮致裂层理煤体热–流–固–损伤耦合模型及数值模拟研究

煤体原生层理对煤体力学性质有显著影响，为探究液氮低温致裂层理煤体裂纹扩展及劣化失稳机制，基于细观基元理论和损伤力学理论建立热–流–固–损伤耦合模型，并利用COMSOL软件模拟获得不同应力比下液氮致裂层理煤体裂纹扩展分布特征，分析压裂过程中煤体损伤、渗透率和温度的演化规律。结果表明：液氮注入煤体初期(5 s)，钻孔附近与液氮接触煤体温度急剧下降形成小范围超低温区，产生的热应力超过煤体抗拉强度，在钻孔周围产生损伤破坏区域。随着液氮注入压力增加，煤体内部出现多条主裂纹，主裂纹主要沿层理方向发育并生成次生裂隙，且钻孔周围形成复杂破坏区域，煤体损伤开始增大，渗透率也随之增加；注入压力持续增加煤体进入失稳阶段，煤样内部大量裂纹贯通，煤体发生破坏，煤体损伤和渗透率也逐渐达到峰值。煤体损伤、裂隙压力与渗透率随着煤体层理角度增加呈增加后减小趋势，层理角度为45°时达到最大值；煤体损伤、裂隙压力与渗透率在应力比为0.5时达到最大，应力比从0.5增大到1时大幅减小，应力比超过1后逐渐趋于平稳。层理对煤体液氮压裂的起裂压力影响显著，不同层理角度条件下煤体液氮压裂起裂压力变化规律相似，随层理角度增加，起裂压力呈...