高突煤层水力压裂视电阻率响应特征分析

水力压裂常应用于高突煤层的卸压增透,但缺乏较好的效果考察手段。介绍了水力压裂过程视电阻率响应原理,建立了水力压裂视电阻率响应现场测试系统,并在新田矿1404底抽巷试验研究了高突煤层水力压裂过程煤体的视电阻率响应。结果表明,压裂孔两侧煤层45 m范围内视电阻率在压裂前后发生明显的变化,且压裂孔对称区域视电阻率的变化存在差异。通过煤层水力压裂视电阻率响应系统可有效地判断水力压裂过程中煤体裂隙场的变动,预测水力压裂范围,为确定水力压裂孔距提供了依据。     

煤层水力冲孔影响范围电法反演模拟研究

水力冲孔是高突煤层所采用的主要防突措施之一,但对其影响范围的评价却缺乏较好的手段,电法是1种应用广泛的评价方法。介绍了水力冲孔过程煤岩体视电阻率的响应原理,建立了水力冲孔视电阻率法反演模型,利用了4种布极方式对其进行反演数值模拟并现场验证。结果表明:视电阻率法对于水力冲孔过程中的煤岩体视电阻率具有较好的响应;破碎区和渗流区的水和气体对模拟结果影响较小;4种布极方式都具有很好的横向分辨率,各反演结果中视电阻率的变化趋势具有较好的一致性;两级布极方式的探测深度最深,在水平与垂直方向上对钻孔的分辨率较高,故在水力冲孔勘探中应优先选取两级布极方式;现场测试结果验证了两级布极方式的有效性。     

煤矿井下水力压裂裂缝监测技术研究

针对煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律及增透范围不明确的问题,提出了在压裂过程中实施微地震监测技术。分析了煤矿井下水力压裂微震监测震源定位原理,建立煤岩体破裂的走时方程。进行了水力压裂过程中煤岩体破裂激发能量正演计算,证明选用的YTZ3微震监测系统满足要求,并确定了微震监测流程。随着注入水压力的增加,微震数量明显增加,最大振动能量明显增加,微震信号的初至时距关系及能量关系基本一致。     

基于TEM探测煤岩水力压裂有效影响范围的实验研究

基于瞬变电磁法的工作原理,分析了探测煤岩水力压裂过程中高压水的流动方向和扩展范围的可行性,并在新安矿14230工作面进行了实验研究。通过对实验区域水力压裂前后煤层及其顶板二次电磁场变化规律的探测和分析,直观地确定了煤岩体遭受水力压裂后高压水沿煤层走向、倾向以及法向的流动方向和影响范围。     

室内水力压裂法测试岩体临界破裂压力及阻水系数

阻水系数是表征单位底板隔水岩层平均阻水能力的指标,是水体上采煤中用以留设安全煤岩柱的重要参数,过去通常是采用现场钻孔的水力压裂试验、压水串通破坏试验或室内大尺寸的水力压裂试验进行测量.该研究采用MTS电液伺服岩石力学试验系统模拟三向围压(σ2=σ3)水力压裂试验,测量小尺寸岩体的临界破裂压力及阻水系数,并获得了较理想的试验结果.     

碎软煤层条带定向长钻孔水力压裂强化瓦斯抽采技术研究

为解决艾维尔沟矿区碎软突出煤层瓦斯抽采难的问题，阐述了定向长钻孔水力压裂消突机理，建立数值模型研究了水力压裂渗流场和应力场耦合规律及水力压裂效果的影响因素。研究表明：煤层注水压裂过程中，渗流引起煤炭内部有效应力场改变、煤体骨架发生变形，改变了煤体的物理力学性质，又进一步影响了水的渗流过程，渗流场和应力场相互作用、相互影响；注水压裂时间、注水压力、地应力和渗透率对水力压裂效果都有明显影响；煤的浸润过程靠压裂孔中的高压水来支撑，注水压力越高，压裂初期孔隙压力增长速度越快，较长的压裂时间和较高的注水压力有助于提高煤体孔隙压力、降低有效应力；地应力的增大会导致煤体颗粒受到压迫、颗粒间隙变小、煤体渗透率降低，需要提高注水压力才能取得较好增透效果。现场应用过程中，4号煤层采取水力压裂措施抽采109 d后，预抽率达14.4%,残余瓦斯含量下降了5.2%～34.6%,水力压裂影响半径为20～25 m,有效影响半径为18～19 m。     

含瓦斯煤体水力压裂过程中声发射损伤效应的数值模拟研究

为了研究煤体水力压裂过程中声发射特征并分析其演化规律,利用具有固液耦合分析功能的有限元软件RFPA2D,创建渗流-应力-损伤耦合模型,对含瓦斯煤体水力压裂过程进行了数值模拟,结果表明:在水力压裂过程中,煤体内部出现声发射现象,声发射事件与煤体内部损伤破坏直接相关,声发射累积量可以反映煤体损伤破坏程度与煤体渗透性变化。通过实时监测水力压裂过程中声发射事件、累积量的演化特征,从整体上反映煤体内部渗透性变化与损伤破坏情况,为声发射监测技术在煤体水力压裂效果评价应用方面提供一定指导。     

基于FLAC~(3D)数值模拟的水力压裂影响区域应力特征分析

针对在井下实施水力压裂过程中会产生应力的重新分布的问题,并可能会影响到采掘面的安全生产,为了更深一步的了解水力压裂过程中和结束后煤岩体中的应力分布特征,采用FLAC3D模拟软件对水力压裂过程中应力变化进行了研究。通过井下水力压裂FLAC3D数值模拟表明,压裂孔两侧本来的应力升高区域地应力大大降低,压裂影响范围内应力降低、出现卸压区,这对消除煤与瓦斯突出危险性十分有利;同时也发现了井下水力压裂存在的缺陷,在裂隙前端也将伴随新的应力集中出现,这给工作面的安全开采带来了安全隐患。     

瓦斯在煤体水压致裂过程中的作用试验研究

为分析瓦斯对煤体水压致裂过程的影响,利用自制的含瓦斯煤水压致裂实验系统,开展了恒定流量下含瓦斯煤水压致裂实验,得到了煤体压裂形态及电阻率响应特征,并分析了瓦斯在压裂过程中的作用。结果表明,无瓦斯条件下煤体压裂形成的裂隙少而宽,随着瓦斯压力的增大,新生裂隙数目逐渐减少,而原生裂隙则逐渐被激活;瓦斯压力的增大提高了煤体的起裂压力;含瓦斯条件下电阻率曲线呈现两种形态,即新生裂隙较多时呈现增大型曲线,原生裂隙被大量激活时呈现减小型曲线。基于试验结果分析,瓦斯在水压致裂过程中的作用有两个,一是瓦斯压力增大了水压致裂阻力,提高了起裂压力;二是高压水驱气作用诱导高压水进入、激活了原生裂隙。     

煤层水力压裂应力应变演化规律探究与实践

为了探究煤层水力压裂过程中应力应变演化规律,采用理论分析和现场监测的研究方法,利用空心包体应变计监测煤层水力压裂前后应力应变的变化规律。结果表明:煤层水力压裂开始2 h后高压水影响范围扩散到29 m处的监测孔,且对应力监测点的影响达到最大,后期应变趋于稳定状态,压裂后6 d,应变恢复到稳定状态不再变化,但仍大于压裂前状态;煤层水力压裂时主应力增量均增大,但幅度不同,压裂主要影响的是竖直方向的应力增量,与应力监测点和压裂孔的空间位置有关;煤层水力压裂后由于压裂液滤失逐渐卸压,应力增量逐渐减小且有恢复到原始稳定状态的趋势,但仍大于未进行水力压裂时的状态;煤层水力压裂对煤岩体方位角和倾角影响不大。该煤层水力压裂应力应变演化规律可以为煤层水力压裂增透机理的探究提供借鉴和参考。