【摘要】：深部資源的開發(fā)和隧道地鐵等地下空間工程的不斷發(fā)展,對巖巷掘進、硬巖破碎提出了新的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的鉆爆法破巖工序復雜安全性差,掘進設備破巖效率低,無法持續(xù)的進行深部巖石的開挖�；诖吮疚奶岢龈邏号菽瓭q裂破巖技術,利用巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度的特性進行巖石破碎研究。本文主要采用理論分析、實驗研究和仿真研究相結合的方法對高壓泡沫漲裂裝置破巖開展研究�；谂菽髯兝碚摵退淞髌茙r拉伸-水楔理論,構建泡沫漲裂巖石有限元模型,分析了泡沫射流柱沖擊巖石孔底的應力分布和傳遞規(guī)律,對比實際實驗得出巖石的泡沫漲裂破碎形態(tài)由泡沫射流沖擊力、孔底密封空間漲裂力、泡沫流體在巖石裂縫中的流動壓力共同作用造成巖石的破壞,并通過水射流拉伸-水楔理論解釋了泡沫漲裂巖石破裂的宏觀破碎形態(tài)呈錐形破碎坑�；谂菽钥匕l(fā)生與配比實驗系統(tǒng)進行泡沫配比發(fā)生實驗,分析泡沫物理形態(tài)、泡沫特性及流動特性間的關系,得到適合加壓和漲裂用的分散態(tài)泡沫;研究發(fā)泡劑濃度和空氣含量對發(fā)生泡沫效果的影響,在所得實驗結果的基礎上從泡沫粘性、半衰期、發(fā)泡倍數(shù)三個方面分析泡沫流體的粘性和穩(wěn)定性,得到水、發(fā)泡劑、空氣的最佳配比方案,并對水和泡沫兩種不同介質的漲裂破巖效果進行優(yōu)勢特性分析�；谟邢拊Ｐ秃蚮luent流場仿真,設計了高壓泡沫漲裂裝置的整體結構,并對裝置的主要結構參數(shù)和液壓閥體開啟特性進行研究,得到裝置內(nèi)泡沫壓力腔的最佳參數(shù)和閥體與噴射口的最佳配合角度,并加工出高壓泡沫漲裂裝置�；诟邏号菽瓭q裂破巖實驗臺進行不同巖石硬度、孔深變化、裝置壓力、二次漲裂等參數(shù)條件下的高壓泡沫漲裂破巖實驗,分析了不同漲裂參數(shù)對巖石揭裂面大小、破碎坑深度、破碎塊度、破碎質量、泡沫漲裂壓力變化的影響,得到高壓泡沫漲裂裝置破巖作業(yè)的最佳參數(shù)和局部裂縫網(wǎng)絡在二次漲裂作業(yè)下的形成機理。通過實驗破碎結果和壓力變化對建立的高壓泡沫漲裂孔底密封模型進行有效性驗證,探究泡沫漲裂破巖過程中密封距離變化對巖石裂縫起裂擴展的影響,得出高壓泡沫漲裂裝置在孔底密封距離為40~60 mm的范圍內(nèi)孔底漲裂效果較好,巖石裂縫發(fā)育完全并伴有巖石上表面的損傷。
【圖文】：

圖 1-4 水力壓裂技術Figure 1-4 Hydraulic fracturing technology壓裂從 1985 年開始廣泛用于頁巖儲層壓裂增產(chǎn)作業(yè)中，多級壓壓裂、水力噴射壓裂和重復壓裂是目前頁巖油氣水力壓裂常用技得了成功。如圖 1-4 所示在水力壓裂過程中，通過高壓壓裂液的產(chǎn)生新的裂縫，連通巖石內(nèi)部原有的天然裂縫，進而形成復雜的裂中人工裂縫與天然裂縫、以及天然裂縫相互之間的連通性對于儲響，只有形成穩(wěn)定有效的人工壓裂裂縫，才容易形成規(guī)模化相互這正是水力壓裂破巖需要深入研究和克服的難點。壓裂技術是 70 年代以來發(fā)展起來的一項適用于大規(guī)模壓裂、低壓施，與常規(guī)壓裂液相比，泡沫壓裂液具有高黏度、低濾失、低摩優(yōu)點，是開發(fā)極低滲透油氣田的一項重要技術[4]，，在國內(nèi)外壓裂重要的位置，在影響壓裂成敗的因素中，最為主要的是壓裂液的流效實施壓裂工藝、選擇合理的壓裂參數(shù)、進行更為準確的裂縫預等都至關重要。泡沫壓裂液的流變特性受多種因素影響，包括泡

2 泡沫漲裂破巖理論研究高壓泡沫漲裂破巖理論研究了更為直觀的觀察和研究巖石在高壓泡沫漲裂過程中的應力分布狀態(tài)規(guī)律，基于autodyn仿真分析軟件建立巖石的600 mm 800 mm的切面裂孔深度為 200 mm，直徑為 50 mm，裝置噴射管距離孔底距離空間為2 材料失效準則建立巖石的 SPH 模型，并在模型兩側和底部設置非反泡沫射流柱采用液相為水和氣相為空氣的 SPH 粒子建立射流柱模型 的速度（對應約 20 MPa 的射流壓力）沖擊漲裂孔底部。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD263

【參考文獻】

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本文編號：2693407