煤岩体蠕变突变模型

通过对煤岩蠕变破坏特征的分析，提出了煤岩破坏的蠕变突变模型，得出了其本构方程和当应力达到某一程度时煤岩体蠕变破坏的时间。本模型可以较好地反映煤岩体(特别是软岩)的蠕变突变破坏。对比分析显示煤岩体的破坏和电磁辐射有密切的关系，因此可以通过对煤岩体中电磁辐射的监测来反映煤岩体的破坏，并进一步通过电磁辐射监测冲击矿压的发生。     

低渗透煤岩体水力压裂的数值模拟

建立了模拟低渗透煤岩体水力压裂裂纹扩展以及固液耦合作用的数学模型，并推导了该模型的数值解法，通过潞安矿务局王庄煤矿低渗透性３号煤层注水的实例分析，结果表明：水力压裂过程中，裂缝的宽度不随水压升高的而无限增大，所需的扩缝压力随裂缝增长而降低，这对于提高低渗透性煤岩体水力压裂的效果有重要的指导意义。     

煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件开发研究

针对煤岩体水力压裂诱发波形到时拾取不准、裂缝定位效果差的问题,研究提出了STA/LTA与AIC联合到时拾取方法及单纯形定位方法。在搭建软件总体架构的基础上,采用python言语与Visual Studio Code编辑器,将波形到时拾取、震源定位算法及相应功能程序化,设计开发了煤矿煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件。在实验室内开展原煤真三轴水力压裂实验,将采集的数据输入软件,进行波形到时拾取与破裂源定位,验证该软件的可靠性与先进性。结果表明：该软件可拾取波形的精确到时,进行破裂定位,达到了刻画煤岩体水压裂缝空间形态的目的,这对于现场水力压裂裂缝监测及优化设计压裂方案具有重要意义。     

煤岩体水力压裂增透技术工艺参数研究

为了解决低透气性煤层中的瓦斯预抽,以及增大有效抽采半径,在提高煤层透气性的同时改善瓦斯预抽效果,在李子垭南二井进行了水力压裂增透试验。在分析煤岩体水力压裂增透机理的基础上,结合现场试验数据,总结了影响水力压裂、增加煤层透气性的工艺参数,并确定了系统工艺参数和钻孔施工工艺参数的范围,可为今后推广水力化技术措施提供参考。     

基于扩展有限元法的煤岩体水力裂隙特征

为合理探究煤岩体水力裂隙相关特征,基于扩展有限元理论,建立煤岩体水力压裂模型,得出煤岩体的水力压裂裂隙特征.结果表明:前30 s裂隙应力场扩散速度最快,在30 s达最大值,随后以极大的速度降低,裂隙应力场向裂隙四周扩散直到注水结束后达到稳态且压强几乎无变化;水力裂隙整体和横截面均为椭圆形,孔隙宽度由中央向两端逐渐减小,...     

煤岩体瓦斯通道的形成与演化规律

通过理论计算,结合现场经验,推断出了瓦斯通道随采动空间应力的重新分布而扩张与破裂原理,并根据煤体的不同状态拟合出采动煤岩体的应力-渗透曲线,得到采动煤岩体渗透系数随应力变化的曲线方程,从而获得瓦斯通道形成的空间位置与形态。     

焦坪矿区煤储层水力压裂施工工艺优化

通过对焦坪矿区煤储层的研究,发现煤储层具有煤阶低、厚度大、含气量低的特征,最小主应力场方向为北西-南东方向;利用Fracpro PT 2007三维压裂软件对煤层水力压裂施工中的施工排量、前置液量、砂比等施工工艺进行优化,分析了各个因素对压裂效果的影响,现场应用表明,大排量、大砂量、中砂比的施工工艺起到了明显的增产效果。     

孔周煤岩体渐进性破坏过程裂隙和应变能演化特征北大核心

为探究瓦斯抽采钻孔孔周煤岩体渐进性破坏过程中裂隙和应变能演化特征,设计了完整试样和含孔试样,开展渐进性破坏试验;通过VIC-3D观测系统,获取试样表面变形情况,计算并分析试样表面裂隙动态演化过程,裂隙分布情况及应变能演化特征。研究结果表明:含孔试样抗压强度较低,且钻孔孔周产生较多裂隙,孔上下两侧变形严重,表明在实际钻孔施工过程中,煤岩体抗压强度会大幅下降,钻孔周围产生较多裂隙,从而造成钻孔破坏,甚至塌孔;渐进性破坏过程中,孔周煤岩体表面裂隙发生动态演化,其动态演化过程与加载应力呈对应关系,同时通过对比裂隙张开量和错动量演化特征,判定试样破坏的主要裂隙类型为张开、错动混合型裂隙;在渐进性破坏过程中,孔周煤岩体表面裂隙演化过程与局部化区域变形能密度累积保持对应关系,不同局部化区域的应变能密度演化特征不同,体现出孔周煤岩体在渐进性破坏过程中存在内部能量调整。     

构造煤煤层气压裂方式及机制探讨北大核心

针对构造煤地区煤层气开发效果较差的问题,通过分析淮北矿区和湖南洪山殿矿区构造煤条件下煤层气顶板分段压裂水平井、垂直井的工程案例,结合水力压裂缝起裂和延伸机理分析,提出了构造煤'破壁'间接压裂技术,即在构造煤顶底板选择合适的岩层进行压裂施工,可以造出较长且与煤层沟通良好的压裂缝,能够大大提高压裂的增产效果,且具有有效降低钻井液、压裂液对煤层的伤害,提高煤层气排采效果的作用。     

超厚煤层放顶煤开采的岩体破裂监测技术

简单介绍了微地震监测技术的知识背景、原理及其应用领域,分析了检波器的布局及施工措施。针对目前采矿工程中存在的顶底板变形、断裂等灾害现象,系统分析了该技术应用在超厚煤层放顶煤开采中所具有的潜在优势。通过对现场监测的数据处理,结果表明,微地震监测技术是确定岩体是否破裂的一种可靠手段。     

岩体水力劈裂试验研究

岩体水力劈裂是由于水压升高引起岩体中裂隙发生与扩展的物理现象,通过实验室试验对岩体水力劈裂机理进行初步研究．采用高压渗流-应力耦合试验仪对以水泥砂浆作为岩石相似材料的厚壁圆筒试件进行水力劈裂试验,研究了试件破坏的形式和发生水力劈裂破坏的条件．并通过对试验资料的统计分析提出了试件破坏发生的判断依据,探讨了试件在不同压力环境下水力劈裂破坏的机理．通过理论分析,对试验成果进行了初步的分析,并就试件水力劈裂破坏型式与土体试件试验成果进行了比较．     

压裂煤体煤与瓦斯突出敏感指标及其临界值的确定

为了确定新景煤矿压裂区域的煤与瓦斯突出预测敏感性指标及其临界值,并确定其适用条件,基于现场突出预测指标跟踪考察数据,采用模糊数学方法,分析确定钻屑瓦斯解吸指标K₁、钻屑量S为敏感指标。在保证突出预测准确率达65%的基础上,运用“三率法”确定突出预测指标临界值：钻屑瓦斯解吸指标K₁临界值为0.4 mL/(g·min^1/2),钻屑量S临界值为6 kg/m;引入含水率作为敏感指标临界值的适用条件,统计分析了考察范围内压裂钻孔径向范围15 m煤体的基础含水率,确定其临界值为7.43%。     

沁水盆地煤岩力学特征及其压裂裂缝的控制

以沁水盆地煤层气水力压裂井为研究对象,结合实验室煤样测试分析资料和煤层气井实际压裂数据,深入分析了煤层气井压裂效果,并进一步阐明了研究区煤岩力学特征对煤层压裂裂缝的影响。结果表明:研究区煤岩体弹性模量在2～5 GPa,且煤岩体弹性模量越小,压开的裂缝宽度越大;随着裂缝宽度的增加,裂缝长度将受到限制,其长度50～70 m;在对研究区煤层压裂过程中,压裂裂缝均不同程度地延入煤层顶底板,裂缝高度9～20 m,最大时裂缝的高度超过压裂层厚度的4倍;煤层压裂裂缝的形态特征没有固定的深度界限。煤层压裂裂缝的形成除受地应力影响外,还受局部构造应力及先存裂隙的控制,存在着在某一方向裂缝出现概率相对较大的现象。     

顶板岩体水力压裂工艺在华阳煤业的应用

为缩短初次来压的步距,减少老顶的自然冒落面积,降低初次来压的强度,本文以15101首采工作面为例,研究工作面形成后初采期间,采用水力压裂的工艺控制顶板垮落的施工过程。主要从设计方案、施工过程、注意事项、监测数据、工艺效果等多方面论述。实践证明该工艺控制顶板效果明显,完全满足综采工作面安全回采要求。     

煤岩体裂隙网络注浆的计算机模拟

为了使浆液在煤岩体裂隙网络中的流动更加直观,首先引入应力强度因子探讨了压剪和拉剪2种状态下,裂隙尖端的断裂准则、裂隙扩展方向和扩展长度,并分析了浆液在单一裂隙内部的流动扩散规律。在此基础上,利用FORTRAN语言编制了浆液在非贯通裂隙网络内部的流动扩散程序。以某煤矿注浆工程为例,采用该程序模拟了不同注浆压力下浆液在裂隙网络中的扩散范围。模拟结果显示：浆液的扩散极具不均衡性,注浆压力越大,裂隙尖端越容易劈裂,裂隙扩展越长,一定注浆压力下,次生裂隙与其他裂隙沟通后浆液继续流动。当注浆压力为4.0 MPa时,由多孔介质理论计算,本程序模拟与现场探测结果对比分析可知,模拟结果与现场注浆实际符合良好。     

湿度扩散对矩形煤巷围岩破坏的规律研究

围岩表面的相对湿度高于围岩内部的相对湿度,其湿度梯度可视为一种驱动力促使水份向低湿度区扩散,造成围岩力学性质弱化。地下洞室开挖过程中,围岩处于新的湿度环境中,力学性能会发生改变。采用数值计算软件RFPA湿度扩散版,对矩形煤巷围岩的湿度扩散进行了数值模拟。分析出湿度扩散对矩形煤巷围岩的应力场扰动状况和巷道内壁由于湿度扩散作用随时间的位移变化情况,模拟出不同岩层分布的巷道在湿度扩散中围岩破坏的形成、发展过程以及围岩破坏的形态。     

湿度扩散对矩形煤巷围岩破坏的规律研究

围岩表面的相对湿度高于围岩内部的相对湿度,其湿度梯度可视为一种驱动力促使水份向低湿度区扩散,造成围岩力学性质弱化。地下洞室开挖过程中,围岩处于新的湿度环境中,力学性能会发生改变。采用数值计算软件RFPA湿度扩散版,对矩形煤巷围岩的湿度扩散进行了数值模拟。分析出湿度扩散对矩形煤巷围岩的应力场扰动状况和巷道内壁由于湿度扩散作用随时间的位移变化情况,模拟出不同岩层分布的巷道在湿度扩散中围岩破坏的形成、发展过程以及围岩破坏的形态。     

煤岩破裂产生的冲击破坏及其探测技术

根据煤岩破裂产生的冲击破坏机理,提出了煤岩冲击破坏的弹塑脆性模型,并利用该模型分析如何进行冲击矿压危险性预测;介绍了声发射以及电磁辐射技术的机理和监测原理。     

采动裂隙场条件下损伤煤岩体本构方程初步研究

应用损伤力学、材料力学、采动岩体力学以及传质学原理等,推导了二维平面及三维空间采动裂隙场条件下损伤煤岩体的本构方程,揭示了各种应力及其变化与损伤煤岩体的关系,为研究煤岩瓦斯耦合提供参考。     

坚硬顶煤水力致裂控制技术在崔家沟煤矿的应用

陕西省崔家沟煤矿二水平三盘区2303综放工作面坚硬顶煤难冒落,导致顶煤放出效果不佳,放煤高度和回采率低。为解决此问题,根据坚硬顶煤水力致裂控制技术原理,在综放工作面架间向煤壁前方顶煤施工直径为32mm的水力致裂钻孔,进行坚硬顶煤水力致裂试验。试验结果表明:水力致裂技术成功弱化了顶煤,有效降低顶煤块度;改善了顶煤冒放性,减少了综放工作面顶煤由于破碎不够充分导致放煤期间顶煤形成拱结构的可能性,提高了工作面放煤高度和回采率;同时有效降低了工作面的粉尘浓度,改善了工人的作业环境。对今后处理坚硬顶煤难垮落问题,具有重要的借鉴价值。