坚硬顶板水力压裂卸压开采技术已成功解决了我国煤矿厚硬顶板难垮致灾问题，其中，地层尺度“水力压裂+卸压开采”耦合数值计算是揭示坚硬顶板卸压-运移规律、优化施工参数的重要途径。本文采用离散单元数值计算软件，分析了小尺度岩体水力压裂参数，提出了“水力压裂+卸压开采”耦合实现方法，通过分离式求解组装计算流固模块，提升了地层尺度高密度网格模型的计算效率，并开展了相应的工程算例分析。结果表明：试样小尺度水力压裂曲线可分为水压积聚期、裂纹扩展期、裂纹平缓扩展期等阶段；增大压裂液排量有利于形成复杂水力裂缝。水力裂缝与层理弱面相互作用时，出现止于层理面滤失、穿越层理面扩展、滤失后继续穿越扩展等现象。将地层尺度水力压裂张拉裂隙的精准位置分离出来，重新嵌入固体力学模块，建立了地层尺度模型“水力压裂+卸压开采”高效计算方法。通过坚硬顶板水力压裂卸压开采算例分析表明，硬岩中水力裂缝以垂向发育为主，遭遇层理面后，主要表现为层间滤失现象，也会出现穿层扩展、扭转等情况。水力压裂卸压后，坚硬顶板垮断更早、垮冒更充分，采空区压实程度更高，促使悬顶结构得到改善。最后，探讨了坚硬顶板水力压裂卸压开采升尺度模拟的必要性、优化性和扩展性。

1 基于DEM法的流固耦合解算模型
1.1 DEM法基本原理
1.2 流体力学模型
2 小尺度岩石水力压裂数值模型
2.1 模型的建立
2.2 参数及解算条件
3 小尺度岩石水力压裂解算结果
3.1 非均质岩体水力压裂特征分析
3.2 带有层理面岩体的水力压裂特征分析
4 坚硬顶板水力压裂卸压开采案例分析
4.1 开采模型的建立及参数选取
4.2 分离式求解方法
4.3 地层尺度水力裂缝扩展及水压曲线
4.4 水力压裂卸压开采计算结果对比分析
4.5 厚硬基本顶下沉变形特征
5 讨论
6 结论

张洪伟,周传洪,何杰,等.基于DEM的坚硬顶板水力压裂卸压开采耦合模拟方法[J/OL].煤炭学报,1-12[2024-12-03].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.1118.