煤岩体水力致裂的合理泵注时间研究

发布时间：2017-04-28 05:17

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【摘要】：冲击矿压、坚硬顶板的悬顶、低渗透高瓦斯煤层瓦斯难抽采、坚硬厚顶煤难于冒放等技术难题是抑制煤矿安全高效开采的瓶颈,煤岩体水力致裂技术可以改变煤岩体的应力状态,改变其宏、细观结构,是一种行之有效的技术手段。随着技术设备的不断进步,合理泵注时间的确定成为现场应用急需解决的问题。本文采用物理模拟实验、理论分析和现场试验等方法对煤岩体水力致裂的合理泵注时间进行了分析研究。采用了大尺寸真三轴实验系统进行了物理模拟实验。通过典型的实验结果分析得出以下结论:煤岩体水力致裂过程大体上分水充满管路阶段、升压起裂阶段、裂缝充分扩展阶段;煤岩体主裂缝大体垂直于最小主应力方向扩展,主裂缝在空间形态上近似为一扁椭球体;注水总时间公式为:总1 2 3T=T+T+T,1T、2T、3T分别为三个阶段所用的时间。基于能量守恒定律、伯努利方程、裂缝扩展范围和裂缝滤失体积计算等理论研究,结合实验得出结论,推算出了水压裂缝起裂时间、裂缝扩展时间,由此计算出了煤岩体水力致裂泵注总时间公式:本文计算出的泵注时间与传统注水时间公式进行分析比较,结合现场煤岩体水力致裂工程实践验证公式的有效性和可靠度,合理泵注时间的水力致裂能够改善坚硬顶板冒放性,提高顶煤回收率,降低顶煤块度,减少煤壁片帮、冒顶的可能,取得了较为理想的致裂效果。
【关键词】：煤岩体 水力致裂 泵注时间
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD713.3;TD324
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 1 绪论15-23
• 1.1 问题的提出及研究意义15-16
• 1.2 研究现状及发展趋势16-21
• 1.3 本文研究内容和研究路线21-23
• 2 水力致裂合理泵注时间的实验研究23-33
• 2.1 煤岩体物理力学性质测试23-24
• 2.2 实验系统和方法24-26
• 2.3 实验方案26
• 2.4 实验过程26-27
• 2.5 实验结果及分析27-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3 水力致裂合理泵注时间的理论分析33-46
• 3.1 管路和封孔器充满时间T_1实测33-35
• 3.2 煤岩体初次破裂时间T_2计算35-37
• 3.3 煤岩体水力致裂主裂缝体积的理论计算37-40
• 3.4 弱化煤岩体渗流（滤失）时间的理论分析40-43
• 3.5 工程实践中泵注总时间公式43-44
• 3.6 本章小结44-46
• 4 不同工程背景下水力致裂泵注时间的影响因素与参数确定方法46-52
• 4.1 坚硬岩层中水力致裂泵注时间计算46-47
• 4.2 煤层中水力致裂泵注时间的计算47-50
• 4.3 本章小结50-52
• 5 水力致裂合理泵注时间的现场试验52-58
• 5.1 工作面条件52-53
• 5.2 煤岩体水力致裂概况53-54
• 5.3 理论计算公式与经典公式的比较分析54-55
• 5.4 实测研究方案55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 主要结论58-60
• 参考文献60-64
• 作者简历64-66
• 学位论文数据集66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 邓广哲;封闭型煤层裂隙地应力场控制水压致裂特性[J];煤炭学报;2001年05期

2 宋永津;大同煤矿坚硬难冒顶板控制问题[J];岩石力学与工程学报;1988年04期

3 刘允芳,钟作武,汪洁;水压致裂法三维地应力测量成果计算与分析的探讨[J];岩石力学与工程学报;2002年06期

4 ELSWORTH Derek;;Characterization of Hydraulic Fracture with Inflated Dislocation Moving Within a Semi-infinite Medium[J];Journal of China University of Mining & Technology;2007年02期

5 王童;聂勋勇;王平全;李晓亮;;水力压裂中的压裂液滤失模型研究[J];钻井液与完井液;2008年03期

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本文编号：332205