高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透数值模拟及应用

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采钻孔施工量大、效率低等问题,研究了水力压裂技术的破煤理论及高压水对煤层的卸压增透理论,提出水力压裂强化抽采瓦斯的措施,以岩土工程数值模拟软件FLAC3D对煤层进行水力压裂数值模拟,得到煤层水力压裂过程中裂纹扩展规律,确定了水力压裂现场试验的工艺参数、压裂装备及抽采系统,完成封孔及压裂试验。     

煤矿地面直井水压致裂技术防治巨厚岩层动力灾害研究

以东滩煤矿63上06工作面上方高位巨厚红层砂岩为 研究对象,利用 FLAC3D数值模拟软件对水压致裂切割高位 坚硬岩层前后的岩层破断情况及破断时能量演化特征进行 研究。模拟结果表明:进行水力压裂后,巨厚岩层初次破断 时的来压步距由压裂前的260m 降低为180m,压裂后的巨 厚岩层较压裂前垮落更为充分,并未出现较长时间的悬顶现 象;压裂后,工作面前方支承应力峰值在水力压裂剧烈影响 区出现持续降低的现象,且较压裂前应力峰值减小,工作面 前方的应力集中现象减弱;压裂后的高位岩层初次破断前并 未发生大规模的弹性变形能积聚现象,弹性能分布较为均 匀。综合分析模拟结果,可认为地面垂直井水力压裂技术能 够有效地降低开挖过程中的应力和能量集中,避免高位岩层 破断时产生的高能量瞬间释放,降低矿震发生的等级。     

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。     

水力压裂对沿空留巷的泄压效应研究

以潞安集团余吾煤矿的地质和开采技术条件为基础,运用数值模拟手段,同时建立2D和3D模型,分析水力压裂技术对留巷围岩应力分布及位移的影响规律。结果表明:对煤层顶板采用水力压裂后,压裂区域周围煤岩体采动应力重新分布,留巷围岩应力大小及位移明显降低。将煤柱上方顶板压裂至30 m时,随着煤柱上顶板压裂范围的增加,煤柱承担的压力逐渐减少,煤柱平均应力从未压裂时的27.2 MPa减小到26.5 MPa;同时留巷围岩位移逐渐减小,从未压裂时的108.6 mm降低到101.3 mm,泄压效果明显。     

非均匀应力场穿层钻孔水力压裂消突技术研究

针对焦作演马庄煤矿瓦斯渗透率低、原始瓦斯含量大、下向穿层钻孔预抽瓦斯抽采效率低的难题,开展低透气性煤层水力压裂增透技术关键参数研究,采用理论计算和FLAC3D数值模拟对钻孔受不均衡水平应力影响时的塑性区分布特征进行分析,研究了钻孔周边"X"形塑性区演化规律及其对水力压裂钻孔布置参数的影响.结合演马庄煤矿实际地质条件,提...     

水力压裂裂纹延伸规律模拟

基于莫尔-库伦屈服准则,以常村矿3#单一煤层为例,采用FLAC3D数值模拟软件,模拟了3#煤层在不同水力压力条件下煤体破损与压裂裂纹延伸规律。模拟结果表明:水力压裂过程中,煤体破坏类型以剪切破坏为主,压裂孔端头区域最先处于破碎损坏状态。在水力压裂压力增加过程中,压裂孔中部区域煤体中裂纹沿最大主应力方向延伸速度最快,而沿最小主应力方向裂纹延伸速度最慢;压裂孔端头区域裂纹沿竖直方向和走向方向的延伸长度基本保持一致,此区域裂纹延伸的方向受地应力影响程度明显减弱;最大主应力方向裂纹延伸长度与水力压裂压力大小基本成正比例线性关系。     

不同扩孔半径下的钻孔水力压裂数值模拟研究

利用RFPA数值模拟软件构建了钻孔水力压裂数值物理模型,分析了应力平衡状态对钻孔水力压裂的影响,研究了不同扩孔半径下的钻孔水压裂纹的发展演化规律。研究得出:破煤压力在钻孔开挖完待应力平衡后加载水压明显降低;随着钻孔扩孔半径的增加,破煤压力、分支裂纹初现水压、最终水压及平均范围角都将降低,水压主裂纹的长度将增加。研究为煤矿井下现场实施水力压裂技术提供了一定的理论支撑。     

煤岩体水力压裂过程视电阻率响应实验

为了探索水力压裂半径的有效考察手段,进行了小尺度煤岩体水力压裂过程视电阻率响应实验。分析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实验系统,在此基础上,研究了水力压裂过程煤岩体视电阻率的响应特征规律。研究表明,由于压力水的参与以及煤岩体自身结构的破坏能够引起内部电流场分布状态的改变,引起了煤岩体视电阻率的变化;水力压裂实验中,煤岩体视电阻率具有较好的响应,水力压裂影响区域煤岩体视电阻率会出现显著变小的现象;视电阻率在空间上的分布不是均匀的,试样不同位置的视电阻率在时间上的演化也不是同步的,视电阻率的响应与煤岩体内部裂隙及压力水的分布及演化密切相关。     

输气管道下急倾斜煤层开采应力分布规律

以输气管道途经的沉陷区为工程背景,运用有限差分法FLAC3D计算软件,模拟急倾斜煤层开采过程中不同开采水平下地表浅部应力变化过程,探讨了地表浅部应力分布规律,分析了地表裂缝产生的原因及应力变化对输气管道安全的影响。研究结果为合理解释地表裂缝的出现及输气管道运营安全评价具有重要的理论和实际意义。     

水力压裂裂缝对煤层回采工作面应力的影响

以山西省晋城矿区寺河煤矿3#煤层某个回采工作面为例,通过矿井煤层压裂效果观测,采用有限元方法,模拟了煤层气井水力压裂对煤炭安全生产的影响。结果表明:在水力压裂裂缝延伸的端部处出现了局部应力集中区域和局部应力减少区域并存的现象;水力压力产生的裂缝宽度以及在围岩作用下支持剂的力学性质对煤层开采应力分布具有一定影响,随着压裂裂缝宽度的增加,采动应力随煤壁距离增加的变化规律不同以往,呈现"双峰"的变化模式,采动应力峰值表现后移动趋势;随煤与充填材料差异系数k的增加,最大、最小水平主应力都表现指数变化规律。总体而言,压裂裂缝宽度和差异系数k增加有利于压裂裂缝卸压。