水力压裂参数对顶板裂缝扩展影响的数值模拟研究

为了解决煤矿坚硬顶板难垮难落的问题,采用理论分析的方法对岩石在水力压裂情况下的断裂形式进行研究,利用ABAQUS数值模拟软件对不同预制裂缝角下的裂缝偏转角及裂缝宽度进行研究,发现随着预制裂缝角的增大,裂缝偏转角及宽度都呈现增大的趋势。为矿山采用水力压裂治理坚硬顶板提供借鉴。     

煤矿水力压裂装备研发及应用

为了有效弱化煤矿难冒落坚硬顶板,基于水力压裂原理,研发了煤矿坚硬顶板水力压裂装备,该装备主要包括高压水泵、切槽钻头以及其他辅助装置。对水力压裂装备进行了工业性试验,试验结果表明:水力压裂形成的裂缝主要受水压、地应力场、岩层物理力学特征及钻孔方位的影响,水力压裂可以在岩层中形成有效裂隙,使岩层裂隙带贯通,从而降低了顶板强度,使顶板分次垮落,有效减小了顶板对支架的冲击作用。     

水力压裂卸压技术在矿井顶板防治中的应用

针对煤矿开采过程中的坚硬顶板难垮难落引起的一系列安全问题，以某矿为研究背景，采用现场监测和ABAQUS数值模拟软件相结合的方式，研究了水力压裂卸压技术的可行性。研究成果对工作面上覆岩层坚硬顶板难垮落，开采末期矿压显现强度等问题具有很强的指导意义。     

综采工作面水力压裂初次放顶技术研究

针对柠条塔煤综采工作面顶板稳定难以垮落,工作面大面积悬顶带来的安全隐患问题,在综采工作面开切眼实施水力压裂初次放顶技术,通过监测水力裂缝扩展、水压变化及顶板垮落效果,分析水力压裂技术在初采期间的控顶效果。结果表明:针对厚而稳定的砂岩顶板,在开切眼处沿工作面推进方向实施水力压裂钻孔,可有效弱化顶板岩层,有利于综采工作面初采期间顶板岩层顺利、安全垮落。根据柠条塔煤矿顶板岩层条件,确定了合理的压裂参数,包括钻孔间距、长度、倾角以及压裂所需压裂,可保证工作面顶板在初采期间分层、分次逐步垮落,未形成强烈冲击,确保了工作面安全初采。     

坚硬顶板岩层水力压裂可行性探究

为减轻采用爆破技术在坚硬顶板岩层强制放顶时对矿井安全高效生产的制约,以理论分析与数值模拟相结合的方法,开展了坚硬顶板岩层水力压裂的可行性分析。以榆神矿区某矿为研究对象,基于周向拉应力准则建立了裂缝前缘坐标系,并采用有限元软件ABAQUS进行了数值模拟分析。结果表明在水平孔沿应力方向逐渐变化的过程中,使裂缝张开的压力值保持不变;随着σh/σH的减小,裂缝开启所需压力均有增大趋势;随着σv/σH的减小,裂缝开启所需压力则有减小趋势。     

综放工作面端头悬顶水力压裂治理技术研究

为解决王家岭煤矿综放工作面端头悬顶难垮问题,依据顶板岩层力学性质和赋存特征,采用数值模拟手段研究综放工作面矿压显现规律,揭示综放工作面端头悬顶机理并提出相应的治理技术。研究结果表明:水力压裂可定向压裂顶板岩层,从而削弱顶板的强度及完整度,使采空区顶板分层分次垮落,缩短初次来压和周期来压步距,端头悬顶面积小于10 m~2,减小甚至消除了坚硬难垮顶板给工作面安全回采带来的威胁。     

工作面坚硬顶板水力压裂对采动应力影响的数值模拟研究

水力压裂技术已经广泛在煤矿应用于处理工作面坚硬顶板问题,但其卸压机理并不十分明确.采用ELFEN数值模拟方法研究工作面坚硬顶板水力压裂处理对采动应力的影响,探讨卸压机理.数值模拟结果显示:对工作面顶板的水力压裂处理,主要是弱化顶板的完整性,使其在工作面推进后能够及时垮落,这种局部垮落,虽然不会显著影响支承压力分布特征,...     

煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用

水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景，开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验，水力裂缝扩展理论分析及三维数值模拟，提出井下工作面定向钻孔区域水力压裂顶板层位、压裂钻孔布置与参数确定方法及压裂工艺。在井下进行了工业性试验和系统的地面微震实时监测，获得了顶板水力压裂裂缝空间展布特征。同时，进行了液压支架工作阻力，工作面周期来压步距及持续距离，来压动载系数及顶板岩层破断能量监测与分析，综合评价了水力压裂效果。初步建立了集压裂层位确定与参数设计，井下定向钻孔压裂工艺与装备，水力裂缝空间展布监测与压裂效果综合评价为一体的煤矿井下定向钻孔水力压裂成套技术。井下试验结果表明：在曹家滩煤矿井下地应力状态下（最小主应力为垂直应力），水力裂缝以水平裂缝为主，沿钻孔两侧扩展平均距离为80 m左右，有效弱化了工作面范围内上覆坚硬、完整顶板，实现了区域顶板改造。压裂区域工作面强矿压显现显著减弱，确保了工作面安全生产。最后，分析了水力压裂存在的问题，展望了技术发展方向。     

不同压裂条件下岩石裂缝参数数值模拟研究

基于ABAQUS数值模拟软件,分析不同预制裂缝角及不同压裂液排量下的水力压裂裂缝参数,发现随着预制裂缝角的增大,岩石的裂缝宽度及裂缝偏转角逐步增大,裂缝的长度逐步减小;随着压裂液排量的增加,压裂裂缝的长度及裂缝的宽度均呈现增大的趋势.这对解决坚硬顶板难垮难落难题具有一定的指导作用.     

水力裂缝经层面时扩展方向及孔压变化规律分析

在坚硬顶板水力压裂工程中,为使水力裂缝更易穿过岩层层面,增大水力裂缝在顶板内的扩展范围,通过理论计算分析了水力裂缝经层面时扩展方向变化的影响因素,并采用ABAQUS数值模拟软件,建立了基于Cohesive单元的水力裂缝经过层面时裂缝扩展二维模型,分析在不同地应力条件和与层面夹角下,水力裂缝经层面时的扩展方向和孔内压力变化规律。结合益东煤矿1109工作面不同钻孔角度下压裂时孔压监测数据,对模拟结果进行验证。研究结果表明：水力裂缝穿过层面一般与垂直于层面方向应力、逼近角、层面摩擦因数有关;垂直于层面方向应力越大,水力裂缝越易穿过岩层层面;在其他条件一定时,水力裂缝逼近角α与穿过层面所需最小垂直应力S_y存在二次关系,且逼近角在70°左右时,水力裂缝最易直接穿过天然裂缝;若水力裂缝沿天然裂缝转向,则液压会有明显二次下降现象。