冲击气压对含层理泥岩致裂形态的影响规律及声发射响应

为获得高压空气冲击致裂煤岩增透过程的动态响应特征，利用自研的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴实验系统，开展了各冲击气压下高压空气冲击致裂含层理泥岩实验，得到了泥岩致裂形态规律及在致裂过程中动态破坏特征。实验结果表明：高压气体冲击致裂泥岩过程呈现4个显著阶段，分别为气压上升阶段、气压衰减阶段、气压回升阶段、气压持续降低阶段；当冲击气压较小时，试块产生沿层理的裂缝，当冲击气压增大时，试块出现跨层理破坏，当冲击气压为28 MPa时，试块出现大量的破坏孔洞；声发射信号特征分析发现，随着冲击气压的增大，声发射信号覆盖频段越宽，从RA-AF分析中发现，试块破裂以张拉破坏为主、剪切破坏为辅。     

不同围压对水压致裂造缝影响的耦合分析

低渗透油气藏钻孔水压致裂是提高油气产量的有效方法之一,首先根据鄂尔多斯盆地苏53区块地质及岩性分布特点,运用流固耦合理论,借助数值模拟方法对储层钻孔水压致裂裂缝起裂、扩展规律进行分析,研究得出不同围压和注水压力对裂缝起裂和扩展有着直接的关系;分析了在造缝过程中,人工裂缝在应力积累阶段、稳定扩展阶段和失稳扩展阶段的特征。     

水压致裂的尺度效应模拟分析

为分析水压致裂时的尺寸效应,建立了考虑急斜围岩应力特征的多尺度单孔水压致裂模型,分析了水压致裂过程中声发射信号、裂纹扩展形态、孔隙压力演化规律等特征,归纳了不同尺度的模型致裂时所需水压的变化趋势。结果表明:虽然各个模型的尺度不同,但裂纹的发育特征相似,主要由钻孔中心垂直发育,向模型的顶部和底部方向呈三角形发展;尺寸效应的存在使得试件破坏水压随试件增大呈上升趋势,破坏水压和试件半径R/钻孔半径r呈现出较好的相关性,随着试件所需破坏范围的加大要求水压愈大。     

层理方向对含预制裂纹页岩Ⅰ型断裂特性的影响

层状页岩受内部层理方位分布特征的影响,其力学性质常表现出明显的各向异性特征。为了探究层理方向对层状页岩Ⅰ型断裂特性的影响,针对不同层理倾角β、预制裂纹角度为0°的半圆盘试件开展三点弯曲静态压缩试验和数值模拟试验。试验结果表明,试件的Ⅰ型标准化应力强度因子Y_Ⅰ会随着层理倾角的变化呈现出明显的差异性,并与层理倾角呈现出良好的三次函数关系,且仅在层理倾角β为0°和90°时,试件表现为纯Ⅰ型断裂模式,即层理倾角的变化会改变试件的断裂模式。同时,试件的Ⅰ型断裂韧度随着层理倾角的增大而逐渐减小,并与层理倾角呈二次函数关系;当层理倾角与预制裂纹角度垂直时,试件的Ⅰ型断裂韧度最大;而当层理倾角和预制裂纹角度平行时,试件的Ⅰ型断裂韧度最小。另外,基于扩展有限元法(XFEM),对半圆盘层状页岩试件的破断机制进行研究,验证了试验和计算结果的准确性。     

高温条件下花岗岩水压致裂的实验研究

人工储留层建造是高温岩体地热开采关键技术之一,其核心是巨型水压致裂,关键科学问题是岩石热力耦合作用下的水压致裂理论。采用自主研制的"600℃20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机",开展了Φ200mm×400mm的鲁灰花岗岩大试样高温三轴应力下的水压致裂实验,分析了实验的水压加载曲线特征和裂缝最终形态。研究结果表明:随温度的升高,花岗岩裂缝开裂模式从脆性开裂转变为连续开裂;温度升高至300℃后,裂缝起裂的主控条件向温度转化;从室温到200℃之间,温度对花岗岩水压致裂影响的控制机理是岩石抗拉强度的下降,而200℃到400℃起裂压力的控制机理是温度下降引起的热应力。随着温度的升高,裂缝的扩展方向从轴向改变为优先向径向深处发展。     

厚煤层综放工作面水压致裂技术及应用

以陕西榆林柳巷煤矿30110综放工作面为例,介绍了30110综放工作面实施高压和脉冲注水致裂顶煤顶板控顶技术;分析了30107工作面放炮致裂及30110工作面水压致裂的优缺点,30110工作面通过水压致裂顶板取得了较好的控制顶板效果.同时与传统爆破致裂顶板相比,水压致裂顶板具有管理简单、安全高效、扰动小等优点,在煤矿顶煤顶板致裂中拥有更广泛的应用前景.     

对水压致裂地应力测量资料的解释

水压致裂法地应力测量技术，已在国内外得到广泛应用。它具有直接测量的优点。但是在对压力-时间曲线的分析上，存在多种解释方法。本文根据野外现场测量的结果，分析说明了如何正确解释所得的测量资料。     

基于水压致裂的煤层气开采研究

煤层气开采方法很多,但水压致裂法逐渐成为主要开采方法。水压致裂法已经成功运用于石油开采,在煤层气开采问题上属于初级阶段。主要围绕水压致裂机理在煤层气开采中的应用,并结合理论分析、相似实验及数值模拟,进一步研究井孔水压致裂的基本问题。     

压裂液黏度和注液速率对含层理页岩水力裂缝扩展行为的影响规律研究

为了研究压裂液黏度和注液速率等施工参数对含层理页岩水力压裂过程中其水力裂缝扩展行为的影响规律,首先采用数值模拟的研究方法,借助块体离散元法建立相关水力裂缝扩展模型,并对其模拟结果进行验证;在数值模型基础上,通过设置不同施工参数来进行模拟研究。研究发现：较低的压裂液黏度和注液速率时,所形成的水力裂缝内压力较低且分布均匀,水力裂缝更倾向于转向沿层理面扩展;而较高的压裂液黏度和注液速率时,裂缝内压力较高且分布差异大,此时水力裂缝更趋向于穿过层理面竖向扩展。     

顶板水压致裂卸压效果评价及工程应用

大平煤业3111工作面运输顺槽为厚层坚硬顶板,采用高压水致裂技术对其进行弱化,并通过钻孔孔内观测、邻孔出水分析、矿压观测等方式对致裂效果进行分析.结果表明,采用高压水致裂技术后,顶板岩层得以弱化,矿压显现程度降低,起到了防治冲击地压的作用.     

煤层水压致裂封隔器的研制

介绍了煤层水压致裂封隔器的结构、工作原理和设计要点。封隔器采用水压式双回路双栓塞止水压裂技术,测量数据可靠。止水元件选用钢丝膨胀胶管,承压能力高,使用寿命长。试验结果表明:封隔器设计合理,止水效果好,并且体积小,质量小,操作简便;适用于煤矿井下任意方向的钻孔,尤其是深钻孔中进行水压致裂试验,并可实现终孔后连续试验。     

厚硬砂岩顶板水压致裂技术的应用

干河矿2-126综采工作面顶板为厚硬砂岩顶板,工作面来压步距长、矿压显现强烈,支架前方煤壁发生片帮垮落,威胁工作面生产安全.为解决坚硬顶板悬顶问题,提出水压致裂技术对顶板进行弱化.现场应用效果表明:采取水压致裂措施后顶板卸压效果明显,能够控制顶板及时垮落,工作面来压平稳,支架工作承受载荷在可控范围内,保障了工作面的正常生产.     

非均匀性水压对围岩致裂失稳数值模拟

在深部采矿工程中,岩溶高压水给生产带来了严重的安全隐患,利用RFPA3D软件对水压致裂进行数值模拟计算,得出了裂纹扩展不均匀的特点,同时伴随着裂纹面形成,压力升高,裂纹面将会越来越大。     

页岩超临界CO2压裂起裂压力与裂缝形态试验研究

我国页岩气储层普遍黏土含量高,且多富集于缺水地区,超临界CO2(SC-CO2)因具有低黏度、低表面张力及对储层无伤害的特性,有望成为一种新型无水压裂方法。采用页岩露头与砂岩开展了真三轴SC-CO2与水力压裂对比试验,结合工业CT扫描分析裂缝形态,并研究了温度对起裂压力的影响。结果表明:SC-CO2压裂页岩时较水力压裂的起裂压力低约50.9%,压裂砂岩时起裂压力低约57.1%;相比水力压裂,SC-CO2压裂升压过程中,由于CO2的压缩性,增压速率较慢,由于页岩本身的层理特征,页岩SC-CO2压裂有多次起裂的现象,更易形成复杂的裂缝;随着温度的升高,SC-CO2压裂起裂压力呈下降趋势;CT断面扫描显示超临界CO2压裂页岩时更容易形成多条网络化裂缝,达到类似体积压裂的效果。     

水压致裂法测量原岩应力在潞安矿区的应用

水压致裂地应力测量方法是比较适合煤矿井下巷道中应力测量的一种方法,采用该方法在潞安矿区进行了大面积地应力实测,取得了大量的实测地应力资料,为煤矿巷道布置及支护设计提供了可靠的参数。     

水压致裂预防冲击地压的机理与试验

通过对水压致裂试验前后煤粉钻屑量、微震事件和煤体电磁辐射对比,发现水压致裂后,接近水压致裂段煤体的煤粉钻屑量减小非常明显,煤体电磁强度和脉冲数均明显下降,水压致裂过程中微震事件显著增多。结果表明：水力压裂能够有效降低煤岩冲击倾向性和煤岩体的强度,改变能量释放速度、形式以及支承压力的分布状态。     

水压致裂地应力测量技术在成庄煤矿四盘区的应用

成庄煤矿四盘区井下巷道变形严重,影响安全生产。为了弄清巷道变形破环机制和特征,采用水压致裂法对四盘区进行了详细的地应力学测量工作,为巷道支护设计提供详细的基础参数。实践表明,地应力的测试有利于支护设计,为改善巷道严重变形的现状提供了有力地帮助。     

水压致裂地应力测量中可视化定向装置的设计

在水压致裂法地应力测量中,可视化定向装置取代印模器,可明显提高地应力方向测量精度,简化测试仪器。介绍了定向装置的构成、各部分的主要功能等内容。