本文關(guān)鍵詞：基于水力壓裂的深部三維地應(yīng)力測量及增透機理研究

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【摘要】：瓦斯是我國煤礦開采的一個重要危險源,嚴(yán)重影響著礦井的安全生產(chǎn),歷來都是煤礦災(zāi)害治理工作的重中之重,但同時瓦斯又是一種清潔高效的能源。因此,進行煤與瓦斯安全共采將是我國未來煤礦瓦斯災(zāi)害防治與環(huán)境保護的發(fā)展趨勢。然而,由于我國煤層普遍具有變質(zhì)程度高、滲透率低、煤層瓦斯含量高、壓力大的特點,決定了我國絕大多數(shù)礦井在自然條件下抽采煤層瓦斯的難度較大�？紤]到構(gòu)成滲透性的煤體孔隙—裂隙系統(tǒng)對地應(yīng)力非常敏感,因此,充分了解一個地區(qū)的地應(yīng)力分布特征,并開發(fā)一套系統(tǒng)的卸壓增透抽采技術(shù)對煤與瓦斯共采具有重要的理論意義和實踐價值。本文以松藻煤電有限責(zé)任公司逢春煤礦為研究背景,在分析整個松藻礦區(qū)區(qū)域地應(yīng)力場的前提下,基于礦山目前采用的水力壓裂試驗對礦區(qū)5個測點進行了地應(yīng)力實測,并結(jié)合理論分析和聲發(fā)射實驗對測量結(jié)果進行了對比分析,從總體上掌握了該礦地應(yīng)力場的分布狀況。在此基礎(chǔ)上,通過水力壓裂現(xiàn)場試驗,結(jié)合實驗室試驗、理論分析和數(shù)值模擬等手段,對水力壓裂卸壓增透機理進行了研究,主要完成的工作及獲得的研究成果如下:①采用MTS815巖石力學(xué)電液伺服試驗系統(tǒng)和島津AGI-250k N型伺服材料試驗機設(shè)備,對現(xiàn)場取樣、室內(nèi)加工的試件進行巴西劈裂試驗及單軸、三軸壓縮試驗,獲得了壓裂煤層頂?shù)装鍘r樣的基本力學(xué)參數(shù),并利用Hoek-Brown經(jīng)驗強度準(zhǔn)則對試驗結(jié)果進行修正,為數(shù)值模擬試驗提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù);②通過現(xiàn)場5個試驗點水力壓裂實測得到的垂直于鉆孔平面內(nèi)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力,結(jié)合理論公式計算出的試驗點垂向應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力大小,以及對標(biāo)準(zhǔn)巖石試樣進行聲發(fā)射試驗所得出的三維地應(yīng)力大小公式和最大水平主應(yīng)力方向,綜合三者間的關(guān)系,得出了逢春煤礦地應(yīng)力場的分布規(guī)律,為后續(xù)煤巖體的起裂壓力、裂縫擴展及增透機理的研究奠定了良好的基礎(chǔ);③在對鉆孔周圍應(yīng)力進行理論分析的基礎(chǔ)上,通過對水力壓裂技術(shù)卸壓增透機理的研究,建立了水力壓裂的理論計算模型和數(shù)值模型,得到了壓裂過程中煤巖體裂縫的空間幾何形態(tài)及抗拉強度、厚度對增透效果的影響;④通過對井下水力壓裂后壓裂孔孔內(nèi)應(yīng)力、壓裂影響半徑和瓦斯抽采效果等參數(shù)的分析研究,證實了水力壓裂工藝增透效果明顯,有利于瓦斯的抽采,為煤與瓦斯安全共采發(fā)揮了有力作用。
【關(guān)鍵詞】：地應(yīng)力 水力壓裂 增透機理 煤層瓦斯
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.6
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 課題的提出及研究意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與文獻綜述8-14
• 1.2.1 地應(yīng)力測量的研究現(xiàn)狀8-10
• 1.2.2 卸壓增透機理的研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 研究存在的主要問題14
• 1.4 研究目的、內(nèi)容及技術(shù)路線14-18
• 1.4.1 研究目的14-15
• 1.4.2 研究內(nèi)容15-16
• 1.4.3 技術(shù)路線16-18
• 2 巖體物理力學(xué)性質(zhì)試驗研究18-32
• 2.1 試樣采集與加工18-19
• 2.2 抗拉強度巴西劈裂試驗19-21
• 2.3 單軸壓縮抗壓強度試驗21-23
• 2.4 三軸壓縮試驗23-25
• 2.5 試驗結(jié)果修正25-30
• 2.5.1 Hoek-Brown經(jīng)驗強度準(zhǔn)則25-27
• 2.5.2 巖體物理力學(xué)參數(shù)計算27-30
• 2.6 本章小結(jié)30-32
• 3 深部三維地應(yīng)力場研究32-52
• 3.1 工程地質(zhì)背景33
• 3.2 區(qū)域地應(yīng)力場分析33-37
• 3.3 水力壓裂法三維地應(yīng)力測量37-44
• 3.3.1 測量原理37-39
• 3.3.2 測量步驟39-40
• 3.3.3 現(xiàn)場地應(yīng)力測量40-43
• 3.3.4 數(shù)據(jù)分析43-44
• 3.4 聲發(fā)射法三維地應(yīng)力測量44-50
• 3.4.1 巖樣采集及試驗設(shè)備44-46
• 3.4.2 聲發(fā)射試驗特征點采集46-47
• 3.4.3 試驗結(jié)果分析47-50
• 3.5 理論解析法三維地應(yīng)力計算50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 4 水力壓裂卸壓增透機理研究52-66
• 4.1 理論模型分析研究52-59
• 4.1.1 鉆孔圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)分析52-55
• 4.1.2 裂縫破裂類型及形狀分析55-58
• 4.1.3 工程實例應(yīng)用58-59
• 4.2 數(shù)值模擬分析研究59-64
• 4.2.1 COMSOL Multiphysics軟件簡介59-60
• 4.2.2 水力壓裂模型的構(gòu)建60-61
• 4.2.3 水力壓裂受抗拉強度的影響61-62
• 4.2.4 水力壓裂受煤層厚度的影響62-64
• 4.3 本章小結(jié)64-66
• 5 水力壓裂卸壓增透效果現(xiàn)場考察研究66-72
• 5.1 壓裂孔孔內(nèi)應(yīng)力考察67
• 5.2 壓裂影響半徑考察67-68
• 5.3 瓦斯抽采效果考察68-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 6 結(jié)論與展望72-74
• 6.1 結(jié)論72
• 6.2 展望72-74
• 致謝74-76
• 參考文獻76-80
• 附錄80
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄80
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果目錄80
• C. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利80
• D. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲得的獎勵80

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本文編號：989362