本文關(guān)鍵詞：謝橋煤礦B8煤層水力壓裂增透技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：針對謝橋煤礦二水平東一B組采區(qū)下部車場揭B8煤層區(qū)域低透氣性、易誘導(dǎo)突出等問題,提出了重復(fù)壓裂、壓-沖結(jié)合的新型水力壓裂增透方法對揭煤區(qū)域瓦斯進(jìn)行強(qiáng)化抽采。采用理論分析、數(shù)值模擬和相似模擬試驗相結(jié)合的研究方法,分析了新型水力壓裂強(qiáng)化煤層增透機(jī)制,研究了煤層起裂特征與應(yīng)力演化規(guī)律,并開展了現(xiàn)場工業(yè)試驗進(jìn)行驗證。具體研究方法與結(jié)論如下：(1)現(xiàn)場實測了揭煤區(qū)域B8煤層的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù),得到煤層原始瓦斯壓力與含量分別為0.94MPa和6.0m3/t,煤層原始透氣性系數(shù)為0.0147m2/(MPa2·d),屬于高瓦斯、低透氣性煤層。(2)依據(jù)最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則,通過對裂隙前段進(jìn)行受力分析,得到煤層起裂壓力臨界值計算公式,總結(jié)分析了定向水力壓裂的裂隙起裂、延伸機(jī)理和增透作用,重復(fù)水力壓裂的裂隙起裂、延伸機(jī)理和產(chǎn)生轉(zhuǎn)向裂隙的條件,并根據(jù)定向壓裂和重復(fù)壓裂技術(shù)的增透機(jī)制,優(yōu)化了目前井下穿層鉆孔水力壓裂技術(shù)措施。(3)采用RFPA2D-Flow軟件數(shù)值模擬分析了在單孔壓裂和雙孔壓裂不同模式下,煤層起裂特征及壓裂孔周圍煤層應(yīng)力演化規(guī)律,得到B8煤層起裂壓力值為30MPa,單孔壓裂時會在壓裂孔周圍形成應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)、應(yīng)力過度區(qū)和原始應(yīng)力區(qū),而采用雙孔壓裂(壓裂孔距14～15m)能有效消除應(yīng)力集中區(qū)。(4)依據(jù)相似準(zhǔn)則構(gòu)建水力壓裂相似模擬試驗系統(tǒng),開展了重復(fù)水力壓裂相似模擬試驗,獲得了重復(fù)壓裂過程中B8煤層起裂壓力：為31.2～36.4MPa之間,與數(shù)值模擬相符；分析了煤層頂板各測點的應(yīng)力變化規(guī)律：隨著壓裂的重復(fù)實施,煤層起裂壓力隨之降低,壓裂影響范圍逐漸增大,因此,可通過實施重復(fù)水力壓裂擴(kuò)大壓裂的影響范圍。(5)開展了現(xiàn)場工業(yè)試驗,并對其效果進(jìn)行了考察,得到在35MPa水壓下,煤層透氣性系數(shù)提高了57～88倍,由難以抽采煤層轉(zhuǎn)化為可以抽采煤層；在相同條件下,與地質(zhì)條件相同的、僅實施普通水力壓裂增透技術(shù)的東翼C組軌道石門揭B8煤層鉆場相比,單孔抽采平均純量增加了約150%,單孔抽采平均濃度上升了80%；抽采完成后,煤層殘余瓦斯壓力、含量分別為0.36MPa、3.6m3/t,揭煤區(qū)域的突出危險性消除,有效保證了B8煤層的安全揭煤。
【關(guān)鍵詞】：水力壓裂 煤層增透 數(shù)值模擬 相似模擬 瓦斯抽采 煤與瓦斯突出
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-18
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題13-15
• 1.2.1 水力壓裂技術(shù)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 存在的問題15
• 1.3 主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線15-18
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容15-16
• 1.3.2 研究技術(shù)路線16-18
• 2 煤層基礎(chǔ)參數(shù)測算18-22
• 2.1 煤層賦存條件及頂?shù)装鍘r性18-19
• 2.2 煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)19-20
• 2.3 煤體力學(xué)參數(shù)測定20-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 3 水力壓裂增透原理22-28
• 3.1 水力壓裂裂隙起裂及擴(kuò)展分析22-23
• 3.2 定向水力壓裂裂隙擴(kuò)展及增透分析23-24
• 3.3 重復(fù)水力壓裂裂隙擴(kuò)展及增透分析24-25
• 3.4 壓裂增透方法優(yōu)化25-26
• 3.5 本章小結(jié)26-28
• 4 水力壓裂數(shù)值模擬研究28-44
• 4.1 煤巖破裂過程滲流-應(yīng)力-損傷耦合模型與數(shù)值方法28-29
• 4.1.1 RFPA~(2D)-Flow滲流版簡介28
• 4.1.2 滲流—應(yīng)力耦合方程28-29
• 4.1.3 滲流—損傷耦合方程29
• 4.2 單孔水力壓裂數(shù)值模擬29-37
• 4.2.1 建立計算模型29-31
• 4.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析31-37
• 4.3 雙孔水力壓裂數(shù)值模擬37-41
• 4.3.1 模型建立37
• 4.3.2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析37-41
• 4.4 本章小結(jié)41-44
• 5 水力壓裂相似模擬試驗研究44-60
• 5.1 相似理論及相似材料配比選擇44-47
• 5.1.1 相似理論44-45
• 5.1.2 相似材料配比選擇45-47
• 5.2 水力壓裂相似模擬試驗47-57
• 5.2.1 水力壓裂相似模擬試驗系統(tǒng)47-52
• 5.2.2 試驗方案及模型制作52-53
• 5.2.3 試驗過程53-54
• 5.2.4 試驗結(jié)果分析54-57
• 5.3 本章小結(jié)57-60
• 6 水力壓裂工程試驗與增透效果考察60-78
• 6.1 工程概況60-61
• 6.2 水力壓裂工藝流程的確定61-62
• 6.3 水力壓裂現(xiàn)場實施62-68
• 6.3.1 壓裂鉆孔設(shè)計62-63
• 6.3.2 壓裂鉆孔封孔工藝63-64
• 6.3.3 水力壓裂注水系統(tǒng)64-65
• 6.3.4 水力壓裂實施步驟及現(xiàn)場實施65-68
• 6.4 水力壓裂增透效果考察68-76
• 6.4.1 揭煤區(qū)域鉆孔抽采瓦斯影響半徑考察69-71
• 6.4.2 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)及煤層透氣性系數(shù)考察71-73
• 6.4.3 抽采瓦斯效果考察73-74
• 6.4.4 殘余瓦斯壓力與含量74-76
• 6.5 本章小結(jié)76-78
• 7 結(jié)論及展望78-80
• 7.1 結(jié)論78-79
• 7.2 展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 致謝84-85
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果85

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：273117