松軟煤層水力壓裂彈塑性軟化損傷模型研究.pdf

1、近年來水力壓裂技術(shù)被用于增加煤層透氣性，并取得了一定效果。利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行壓裂參數(shù)優(yōu)化已成為水力壓裂研究的有效手段。但是現(xiàn)有的水力壓裂計(jì)算模型和數(shù)值方法大多基于線彈性斷裂力學(xué)或細(xì)觀、微觀尺度，對(duì)于松軟煤層，存在不足。松軟煤層具有彈性模量、抗拉強(qiáng)度低，泊松比、孔隙壓縮系數(shù)高，易發(fā)生塑性變形等特點(diǎn)，壓裂很難形成大規(guī)模的單一連通裂縫。同時(shí)松軟煤層發(fā)生破壞后其力學(xué)性質(zhì)如粘結(jié)力、彈性模量等會(huì)發(fā)生顯著變化，必須要考慮煤巖體的軟化及損傷。因此有必

2、要建立適用于松軟煤層的現(xiàn)場(chǎng)水力壓裂計(jì)算模型。本文從多孔介質(zhì)的角度，建立了松軟煤層水力壓裂滲流應(yīng)力耦合的彈塑性軟化損傷計(jì)算模型；利用FLAC3D進(jìn)行數(shù)值求解，并通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；利用已建立的松軟煤層水力壓裂計(jì)算模型與傳統(tǒng)硬煤層水力壓裂計(jì)算模型進(jìn)行了計(jì)算壓裂半徑的對(duì)比。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①基于多相孔隙介質(zhì)理論，建立了煤巖體孔隙度、損傷變量與體塑性拉伸應(yīng)變、體塑性剪切應(yīng)變的動(dòng)態(tài)演化模型，并提出了松軟煤層水力壓裂滲流應(yīng)力耦合的

3、彈塑性軟化損傷計(jì)算模型。②通過對(duì) FLAC3D二次開發(fā)對(duì)所建立的計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)了數(shù)值求解。以某礦2709工作面為例對(duì)松軟煤層水力壓裂進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，計(jì)算得到的壓裂半徑與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的壓裂半徑基本相符，驗(yàn)證了該模型的正確性與合理性。該水力壓裂計(jì)算模型可用于優(yōu)化煤礦井下松軟煤層水力壓裂施工參數(shù)。③為了獲得松軟煤層與硬煤層壓裂半徑差異性規(guī)律，采用已建立的松軟煤層水力壓裂計(jì)算模型與傳統(tǒng)硬煤層水力壓裂計(jì)算模型獲得的壓裂半徑進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：當(dāng)注