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煤矿安全 2021年第10期52卷 70-78页

作者：李团结牟文辉易瑞强肖曲华军陕西陕煤黄陵矿业公司陕西黄陵727307

以控制深部坚硬顶板为切入点,通过地质普查、膨胀剂参数试验、RFPA计算等方法,利用声发射(AE)、微震实时动态监测等手段,开展双孔膨胀致裂坚硬岩体裂隙扩展演化的试验研究。研究表明:水灰比为1∶3的膨胀剂产生的膨胀力远大于岩石的抗拉... 详细信息

以控制深部坚硬顶板为切入点,通过地质普查、膨胀剂参数试验、RFPA计算等方法,利用声发射(AE)、微震实时动态监测等手段,开展双孔膨胀致裂坚硬岩体裂隙扩展演化的试验研究。研究表明:水灰比为1∶3的膨胀剂产生的膨胀力远大于岩石的抗拉强度;双孔膨胀致裂的岩块沿双孔连线的水平位置断裂,产生的微震事件多集中在岩体中心位置;膨胀压力达到7.8 MPa时岩体开始破裂,钻孔附近出现的无应力区扩大且向中心靠拢,随裂隙贯通形成空腔;致裂至第9 h的事件数及能量级最大;随隙贯通,声发射信号在钻孔内部形成叠加,呈现"两端小中间大"的"一"字长条结构。

关键词：双孔膨胀致裂坚硬岩体裂隙扩展演化水灰比声发射

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低渗透煤岩体水力压裂裂隙扩展演化及其增透机理研究

低渗透煤岩体水力压裂裂隙扩展演化及其增透机理研究

引用

作者：田俊斌太原理工大学

学位级别：硕士

煤层气是在煤化过程中生成以甲烷为主、并以物理吸附形式储集在煤层中的自生自储非常规天然气体;同时也是常规天然气最现实、最可靠的补充接替能源。它的开发和利用,既可以解决我国天然气资源的不足,又可从根本上解决煤炭开采中的瓦斯... 详细信息

煤层气是在煤化过程中生成以甲烷为主、并以物理吸附形式储集在煤层中的自生自储非常规天然气体;同时也是常规天然气最现实、最可靠的补充接替能源。它的开发和利用,既可以解决我国天然气资源的不足,又可从根本上解决煤炭开采中的瓦斯爆炸、瓦斯突出等灾害,还可以减少瓦斯排放量,减少环境污染及改善我国的能源结构。我国煤层储存地质条件复杂,煤形成后期受到强烈的构造破坏作用,煤的构造发育程度高,迫使煤层碎裂,破坏了煤的原始储存结构,改变了煤的固体骨架,导致我国绝大部分煤层表现为三低特性—低压、低饱和、低渗透率;而且我国煤层存储地质环境基本呈不均匀性。因此,选择一种施工简单、施工成本较低、技术要求不是很高、而且增透效果理想的措施来改善煤岩体固体骨架,提高煤层透气性,对煤层气的开采利用显得至关重要。而水力压裂增透技术正好满足了这一要求。采用相似模拟试验、理论分析、数值模拟和工程实践相结合对低渗透煤岩体水力压裂裂隙扩展演化及增透技术进行系统分析研究。(1)利用真三轴加载试验系统进行煤岩体水力压裂相似模拟试验,分析得出了裂隙起裂、扩展延伸的力学条件、次级裂隙的起裂条件和影响裂隙拐弯的条件因素,并给出了水力压裂裂缝扩展准则。(2)分析真三轴煤岩体水力压裂试验声发射信号频率特征,得出：试件声发射活动在达到大量产生之前有较多的声发射信号产生,该现象从客观方面很好的印证了试件内部具有更多的原始损伤,在试验过程中这些原始损伤更容易形成裂纹的扩展,产生声发射现象,表明裂隙弱面自身的性质和原岩应力场的分布情况共同影响着裂隙弱面的扩展延伸方向。(3)根据真三轴煤岩体水力压裂试验对低渗透煤岩体水力压裂增透机理进行分析研究,得出渗透系数随着裂隙数目的增加呈现出指数函数增长的趋势,表达式为：y=0.0015e0.0942;并对低渗透煤岩体水力压裂效果影响因素进行分析,得出注水孔数目、注水压力和地应力差对压裂效果的影响比较大,为第四章的数值模拟提供了理论依据。(4)利用RFPA2D数值模拟软件对不同应力差状态下和不同注水孔数目情况下进行模拟水力压裂裂隙扩展演化过程,并对增透效果进行对比分析。得出：①压裂过程以拉伸破坏为主,随着注水压力的增大,会出现少许的剪切破坏;随着应力差的增大,剪切破坏现象越严重。②应力差越大、注水孔数目越多,起裂压力越小,累积声发射越多,水力压裂的效果明显,增透效果越好,越有利于煤层渗透性的提高。(5)在上述研究的基础上,结合现场实际情况,利用现场压裂数据检验分析水力压裂效果,进而指导现场施工工作。

关键词：低渗透煤岩体水力压裂裂隙扩展演化增透

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