壓裂液作用下煤體軟化性及水壓裂縫擴(kuò)展規(guī)律研究.pdf

1、煤層水力致裂軟化技術(shù)工藝,是通過壓裂和軟化作用途徑,達(dá)到預(yù)先弱化頂煤的目的,是一項(xiàng)煤礦安全高效開采的保障技術(shù)。本文以小紅溝煤礦急傾斜煤層頂煤注水軟化工程為背景,針對(duì)小紅溝主采煤層B1、B2,采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等研究方法,得到以下主要結(jié)論:
　　對(duì)B1、B2兩種煤樣進(jìn)行了水理性試驗(yàn),依據(jù)煤樣親水試驗(yàn)和大煤樣裂隙統(tǒng)計(jì)的結(jié)果,判斷出B1煤樣較B2煤樣破碎,且孔隙多屬于開裂隙,表明B1煤樣較B2煤樣易于軟化;通過不

2、同壓裂液親水性試驗(yàn),結(jié)合軟化性判據(jù),得出不同壓裂液的軟化性能為第二種>第四種>第一種>第三種>清水。
　　對(duì)壓裂液浸泡后的飽和煤樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)和超聲波試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,與自然狀態(tài)相比較,除個(gè)別煤樣試件外,壓裂液作用下試件力學(xué)參數(shù)均受到不同程度的弱化,即壓裂液對(duì)煤樣具有軟化性作用,但軟化效果不同,依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,給出了壓裂液作用下煤樣損傷演化變量和本構(gòu)模型。
　　建立了基質(zhì)力學(xué)參數(shù)弱化模型和基質(zhì)非均質(zhì)模型,運(yùn)用F-RFPA

3、軟件模擬壓裂液作用下圓孔水壓裂縫擴(kuò)展，模擬結(jié)果表明，與自然狀態(tài)相比，受壓裂液浸泡過的試件,裂縫更容易起裂和擴(kuò)展,裂縫擴(kuò)展面較為粗糙,分叉裂縫形成的時(shí)間較短,數(shù)量也較多,且最終形成的主裂縫與垂直方向夾角較大,此外,通過聲發(fā)射可以得出受壓裂液浸泡過的試件能量釋放要緩慢的多,即損傷是一個(gè)漸變的過程。
　　對(duì)小紅溝B1+2煤層頂煤的冒放性進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出頂煤冒放性差,從煤層強(qiáng)度、賦存深度入手,揭示出壓裂液提高頂煤冒放性的機(jī)理。將研究成果應(yīng)用