發(fā)布時間：2020-03-09 18:04

【摘要】：針對目前低透氣性煤層瓦斯抽采與治理難題，理論分析了煤層水力壓裂裂縫擴展特征和增透機理；建立了煤層水力壓裂數(shù)值分析模型，對煤層水力壓裂裂縫擴展規(guī)律及煤體位移和應(yīng)力變化規(guī)律進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明水力壓裂可以促使煤體大范圍裂縫網(wǎng)絡(luò)形成，從而實現(xiàn)卸壓增透的目的；建立了適合煤礦井下作業(yè)環(huán)境的整套井下水力壓裂專用設(shè)備系統(tǒng)，確定了煤礦井下水力壓裂工藝，并提出了井下水力壓裂技術(shù)安全保障體系；通過現(xiàn)場試驗，實現(xiàn)了低透氣性煤層卸壓增透目的，提高了低透氣性煤層瓦斯抽采與治理效果，驗證了低透氣性煤層井下水力壓裂增透技術(shù)的適用性、有效性和安全性。
【圖文】：

121—壓裂孔；2—一級弱面；3—二級弱面 ；4—滑移面圖2.1 壓裂液流動次序示意圖Fig.2.1 Schematic diagram of fracturing fluid flow order2.1.3 煤層水力壓裂裂縫擴展過程分析在進行水力壓裂時，煤的破壞是壓剪破壞，在此過程中煤的結(jié)構(gòu)斷裂是借助高壓液體在鉆孔周圍張拉產(chǎn)生裂縫、支撐裂縫，，并使裂縫尖端繼續(xù)張裂、擴展和延伸且與鄰近裂隙連通相互作用的結(jié)果。根據(jù)井下水力壓裂的技術(shù)特點，可將裂縫的擴展過程分為四個階段：（1）準備階段水力壓裂措施剛開始實施時，要先采取低壓進行一段時間注水。此階段注水壓力、注水量隨時間不斷升高。由于煤是一種裂隙——孔隙非常發(fā)育的二重介質(zhì)，該階段內(nèi)，注水量隨注水壓力的升高而升高，呈現(xiàn)出線性變化。在這一階段水在煤體裂縫中水的滲流可按 Darcy 定律簡化：ij ijq K P(2.1)式中 q  注水量， t /min；P  注水壓力

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文16圖2.5 裂縫擴展圖Fig.2.5 Crack propagation graphc.裂縫失穩(wěn)擴展所需的壓力根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)的理論，可視垂直裂縫為無限長、大平面中的一條高為2L 的穿透性 A 型裂縫。裂縫承受很大的壓力 P，最小的水平側(cè)向應(yīng)力 σ2在與裂縫面相垂直方向上作用著。在對線彈性斷裂力學(xué)的研究可以表明，裂縫端部的應(yīng)變場“應(yīng)力強度因子”KI與裂縫尖端的應(yīng)力場成正向關(guān)系，當 KI與臨界值 KIC一致時，裂縫則會發(fā)生失穩(wěn)擴展。KIC是材料常數(shù)，又被稱為斷裂韌性，可由實驗得到其值，參考巖石的斷裂韌性如下：221-rICEKv (2.10)式中 υ——泊松比；E——彈性模量， MPa；γ——比表面能
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.6

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5 劉

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