套筒致裂单孔三维地应力测试法的原理与应用

详细介绍了一种操作简单,应用广范,计算结果全面且具有较高精度的地应力测试方法及其原理。该方法使用JHDC-1型套筒致裂地应力测试仪,依据弹性力学的相关理论并结合矿井实际地质条件,仅凭一孔致裂即可确定测试点最大、最小水平地应力和构造应力的数值,并且可以进一步推算出主地应力的大小和方位。该测试方法简便、快捷,非常适合煤矿井下地应力测试。     

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。     

深孔水压致裂地应力测量系统取得多项成果

地质力学研究所科研人员经过3年的研究和实验测试,自主设计并研制成功了钻杆式和钢缆式两种深孔水压致裂地应力测量设备。钢缆式深孔水压致裂地应力测试体系、孔壁探针扫描装置、新型防泥浆低压释放阀、井下数据记录器等系统组件,在多方面取得了多项创新成果。     

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。     

平行钻孔-套筒致裂法测试地应力试验研究及工程应用

针对套筒致裂法测试深井地应力存在的技术瓶颈,改进了套筒致裂法测地应力的套筒膨胀管装置;综合单孔套筒致裂法和控制致裂法的特点,提出了可操作性更强的平行钻孔-套筒致裂法地应力测试技术,通过试验对原有的单孔套筒致裂法和控制致裂法地应力计算公式进行了合理修正。由试验结果可得,单孔套筒致裂的修正系数为0.78,控制致裂的修正系数为0.83。现场地应力测试结果表明:朱集东煤矿-965 m轨道大巷最大主应力为23.16 MPa,东西水平方向;中间主应力为21.04 MPa,铅垂方向;最小主应力为13.01 MPa,南北水平方向。     

水峪煤矿井下地质力学原位测试与分析

采用小孔径水压致裂地质力学测试成套装置,在水峪煤矿进行了地应力、围岩强度及围岩结构井下现场原位测量.测试结果为水峪煤矿巷道支护等采矿工程设计提供了基础数据.     

高压压水试验施工工艺研究与应用

简述了高压压水试验方法及其在某抽水蓄能电站中的应用结果,并结合试验测试成果进行分析水头压力下岩体的透水率和渗透性,高压压水试验的成果与该孔水压致裂法地应力测试结果得到了相互验证.     

寺河矿地应力测试与分布规律

介绍了水压致裂法进行地应力测试的原理和方法,并应用此法对寺河煤矿东西两区先后进行了3次地应力现场实测,根据累计15个地应力测站现场实测数据,得出了主应力与深度之间的变化规律,判断了矿区的应力量级,获得了侧压比与深度的关系,确定了最大主应力的方向,分析了断层对地应力的影响,判别了矿区应力场类型,从而为寺河矿的高产高效矿井建设提供重要的参考资料。     

保德煤矿地应力测试及分布特征分析

为明晰保德煤矿地应力分布状态及特征,改善巷道围岩支护效果,采用水压致裂法开展了井下地应力实测。测试结果表明,测试区域构造应力占据主导地位,三向应力间的关系为SHSvSh;最大水平主应力值为12.24～13.51 MPa,方向位于N56°E～N61°E;最大主应力与巷道夹角约为67°,对巷道围岩的稳定性有着较大影响。明确了保德煤矿巷道所处的应力环境及应力分布特征,为保德煤矿巷道围岩稳定性分析及支护参数设计提供了工程指导和参考。     

旗山煤矿深部地应力场测试及分析研究

根据旗山煤矿井下技术条件和地质条件,采用空心包体应变法对旗山煤矿深部地应力场进行了现场测试,取得了十分重要的现场原始数据,并根据这些数据系统分析了该矿深部地应力场与区域地质构造之间的关系,总结了该矿深部地应力的分布规律。并对该矿井的巷道优化布局、断面选择、巷道支护及煤层开采提出了建议。     

分段水力压裂技术提高煤层块煤率的试验研究

为了解决陕北侏罗纪厚硬煤层综采能耗大、块煤率低的问题,采用水力压裂造缝技术提高煤层开采的块煤率、降低煤尘。以陕北某国有煤矿为例,在矿区回采工作面进行水力压裂试验及分析,并对试验段和非试验段的块煤率、煤层截割比能耗、含水率和工作面粉尘浓度进行现场统计,得出:水力压裂技术在煤层中的起裂压力、时间及扩散半径等参数。通过回采试验区和非试验区的对比,得出采用水力致裂煤层后,采煤块煤率、工作面粉尘浓度具体的改善程度。研究表明,对煤层进行超前水压预裂,具有清洁高效、提高块煤率及降低煤尘等优点,采用分段水力压裂技术可大幅度提高单孔的造缝率,具有很好的推广价值。     

大空间坚硬顶板地面压裂技术与应用

坚硬顶板强度高、破断步距大,矿压作用强烈,是煤矿顶板控制的一大难题,特别是特厚煤层开采条件时,因开采扰动范围广,大空间坚硬顶板破断失稳,造成采场矿压显现更加复杂、强烈。研究表明,坚硬顶板特厚煤层开采,高位厚硬岩层的破断失稳是造成采场强矿压的主要因素,但现有井下预裂技术无法控制。为此,提出了煤矿坚硬顶板地面压裂控制采场矿压的方法,开展了大型真三轴原位试件(2 060 mm×1 200 mm×1 200 mm)水力压裂试验研究,揭示了水压裂缝扩展形态及压裂全过程试件应力应变演化规律;给出了地面压裂关键层位范围,综合工作面采位、压裂层位、覆岩应力及裂隙发育特征,建立了压裂位置确定的理论模型及选取准则;给出了压裂面积-流量-时间的关系模型,得到压裂面积随压裂时间、流量的变化关系;研发了水压裂缝井上下微震一体化联合监测技术,综合前述研究,形成了大空间坚硬顶板地面压裂控制技术体系,并进行了垂直井、水平井压裂工程实践。结果表明,地面压裂裂缝扩展范围大,垂直井分级压裂裂缝扩展长度达250,218 m,裂缝宽度30～120 m,水平井分段压裂裂缝扩展长度196～216 m,裂缝高度43～50 m,裂缝扩...     

变流量缝网压裂技术在松软煤层中的研究与应用

水力压裂是提高煤层瓦斯抽采效率的常用增透措施之一,在常规水力压裂的基础上,根据松软煤层缝网压裂的机理及力学原理,推导出了含天然裂隙的松软煤层产生缝网,需施工裂缝内的净压力大于煤储层水平应力之间的差值,同时对裂缝进行模拟,得出变流量注入可以提高裂缝内净压力,形成缝网结构,并在平煤十二矿己₁₅-31040采面进行水力压裂现场试验。试验结果表明:采用变流量缝网压裂水力压裂保压压力、累计注水量等相关参数以及单孔瓦斯抽采浓度、纯量均高于原始煤层及稳定流量常规压裂,说明变流量缝网压裂增透效果明显较好,该方法可以作为水力压裂增透技术借鉴的一种方法。     

深部矿井地应力套筒致裂法测试技术

为方便简捷测试矿井深部原岩应力及提高测定精度,研究了套筒致裂法的2种地应力测试方式,即单孔套筒致裂法和控制致裂法。分析得出,前者由于受到主应力差的限制,应用具有一定局限性,后者测试需进行3个方向的控制致裂操作,测试工作量较大。为此综合这2种方法,提出了平行钻孔套筒致裂法进行地应力测试,该方法具有快速、简便的特点,并利用FLAC3D软件对其进行数值计算分析。结果表明：理论公式的计算结果是数值计算结果的0.89～1.00倍,两者基本吻合,证明了该方法的有效性。     

顺层钻孔水力压裂有效影响半径确定与抽采效果分析

为了增加煤层透气性,提高煤层瓦斯抽采效果,以某矿501工作面煤层地质条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,对某矿煤层起裂压力、单次压裂时间、压裂流量、影响半径、压裂钻孔抽采效果等参数展开研究。结果表明,模拟压裂孔注水1 h后,煤层压力由压裂孔向周围迅速降低,最终呈现出以压裂孔为圆心的圆形区域的致裂范围,最大压裂半径达到8.315 m;当对压裂泵主动升压至38 MPa时,煤层瞬间破裂,压力回降,流量瞬间增大,且达到压裂泵额定流量值,此时,煤体破裂效果完美;4号压裂孔首次压裂已经接近压穿煤体,进行第二次压裂时,流量曲线增加比较平稳,说明该孔在之前已贯通大部分裂隙,压裂半径可达22 m;对水力压裂孔和普通钻孔进行抽采比较发现,压裂3号钻孔的瓦斯浓度平均达到17.68%效果最为显著,与普通钻孔相比其平均浓度为1号普通钻孔的4.77倍、2号普通钻孔的3.12倍。     

水力压裂技术在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为了解决某煤矿低透气性煤层难抽采的问题,分析了水力压裂增透裂缝扩展规律以及煤层水力压裂卸压增透机理,采用PFPA-2D数值模拟软件,研究了单注水孔以及双注水孔的水力压裂过程中的裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律,实现大范围裂隙网的形成、贯通和发育,提高了煤体的透气性。通过现场试验,实现了低透气性煤层卸压增透的目的,验证了低透气性煤层水力压裂增透技术的安全性、有效性和适用性。     

坚硬顶板定向水力压裂技术在王台铺煤矿的应用

王台铺煤矿XV#煤顶板属于坚硬难垮顶板,由于条件限制和存在问题不宜采用传统的超前深孔预裂爆破弱化方式处理顶板问题,采用定向水力压裂技术在井下工作面进行现场试验,通过现场围岩地质力学特征测试确定定向水力压裂方案。工作面回采后通过监测支架受力,得出预压裂工作面顶板初次来压步距在26~27 m之间,水力压裂控制顶板效果良好,并且克服了深孔预裂爆破中存在的不足,为该技术的推广应用提供了依据。     

杜儿坪矿地质力学测试与分析

针对杜儿坪矿巷道支护基础参数不足的问题,采用了井下单孔、多参数、耦合地质力学原位快速测试方法对杜儿坪矿2#煤和3#煤进行了巷道围岩地质力学测试。测试内容包括:地应力、围岩强度和围岩结构的观测,初步掌握了杜儿坪矿2#煤和3#煤地应力分布的基本规律,以及巷道围岩强度和围岩结构的基本特征,从而为巷道布置及支护设计提供了基础数据。