煤-圍巖水力擾動增透機理及技術(shù)研究.pdf

1、本文以瓦斯地質(zhì)學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、滲流力學(xué)等理論為指導(dǎo)，以煤、圍巖孔裂隙特征、力學(xué)性質(zhì)特征為基礎(chǔ)資料；開展了“基于煤巖體結(jié)構(gòu)的加卸載-滲透率實驗”、“煤體結(jié)構(gòu)相似材料模擬”、“軟煤采動影響條件下水力壓裂實驗”和“硬煤變圍壓條件下水力裂縫轉(zhuǎn)向?qū)嶒灐钡葘嶒?；采用MShale、COMSOL Multiphysics數(shù)值模擬，對水力擾動縫網(wǎng)形成因素、力學(xué)機制及滲透率演化規(guī)律等進行了研究。通過研究得出以下結(jié)論：①煤體結(jié)構(gòu)、煤巖脆性、煤巖分層

2、介質(zhì)、煤層厚度、天然裂縫、滲透率等均對水力縫網(wǎng)的形成具有重要意義。其中煤體結(jié)構(gòu)越完整、脆性指數(shù)越高，越有利于縫網(wǎng)的開啟煤巖分層介質(zhì)對裂縫高度具有控制作用，煤層厚度越小，越有利于增加縫長；天然裂縫和滲透率的各向異性可直接指導(dǎo)水力鉆孔的布置方位。②軟煤水力裂縫為中寬外扁孔洞狀，且裂縫開啟方向并不完全由應(yīng)力控制，硬煤開啟水力裂縫為扁平狀，開啟方向受制于加載應(yīng)力；軟煤壓裂實質(zhì)為“擠脹”，硬煤具有開啟多級多類裂縫的物質(zhì)基礎(chǔ)；③建立了硬煤巖形成徑向

3、引張裂縫、剪切裂縫、周緣引張裂縫和轉(zhuǎn)向裂縫的裂縫擴展判斷依據(jù)；④軟煤水力沖孔孔洞形態(tài)為類橢球體，同等出煤量條件下，煤體滲透率隨著抽采時間的延長逐漸增大，且隨距鉆孔距離增大先微弱減小后快速增大并漸趨穩(wěn)定；隨出煤量增加，滲透率隨之增大；⑤引進層次分析法（AHP），形成了水力擾動工藝優(yōu)選及改造程度評價方法；以縫網(wǎng)改造為目的，查明了重復(fù)壓裂、分段壓裂、水力壓沖等技術(shù)形成多級多類裂縫體系的技術(shù)原理。以上研究結(jié)果，通過在鶴壁中泰礦業(yè)有限公司、中馬村