回采工作面雙巷、多巷布置中的留巷,受相鄰工作面和本工作面二次采動影響,采動影響強烈,維護時間長,巷道變形強烈,支護難度大。本論文針對留巷變形與破壞特點,以潞安余吾煤業(yè)工作面雙巷布置中的留巷為工程背景,提出一種控制留巷變形的新方法—定向水力壓裂留巷卸壓技術。采用理論分析、數(shù)值模擬、實驗室試驗及井下試驗相結合的方法,開展了留巷定向水力壓裂卸壓機理及應用研究。論文研究內(nèi)容包括四個方面:(1)理論分析了留巷定向水力壓裂卸壓機理及適用條件;(2)數(shù)值模擬研究了定向水力壓裂裂隙擴展規(guī)律及主要影響因素;(3)室內(nèi)真三軸水力壓裂試驗揭示了地應力和層理方向?qū)Χㄏ蛩毫蚜鸭y擴展方向及形態(tài)的影響規(guī)律;(4)開展了定向水力壓裂留巷卸壓井下試驗和綜合監(jiān)測。通過論文研究,取得以下主要結論:(1)回采工作面雙巷布置留巷大變形的主要原因是,在已采工作面后方,上部堅硬厚頂板難以及時跨落而形成懸頂,引起煤柱承受過大的支承壓力,致使留巷受力惡化。定向水力壓裂卸壓機理是采用水力壓裂消除或減弱堅硬頂板形成的懸頂效應,改變應力轉(zhuǎn)移和分配比例,改善留巷受力狀態(tài)。(2)影響留巷卸壓效果的主要因素是煤柱上方堅硬頂板的懸頂效應。堅硬頂板厚度或懸臂區(qū)面積越大,懸頂效應越強,回采后留巷變形越大,破壞也越嚴重。同時,懸頂效應越強,采用水力壓裂卸壓后,留巷變形減少幅度越大,卸壓效果也越明顯。(3)主應力差值和巖體的拉伸強度是決定水力壓裂破裂壓力的兩個主要因素。最小主應力提高或主應力差值減小,所需要的壓裂壓力相應提高;巖體拉伸強度提高,所需要的壓裂壓力相應提高。(4)水力壓裂裂隙在鉆孔未切槽時,最小主應力對裂隙擴展方向具有控制作用。鉆孔橫向切槽是形成定向水力壓裂裂隙的有效方法。主應力差值符合一定條件,在鉆孔壁上橫向切槽,可以在切槽方向形成水力壓裂裂隙面,最小主應力對水力壓裂裂隙的擴展方向不再具有控制作用;切槽方向與最小主應力的夾角增加或者主應力差值減少,有利于增強切槽對裂隙面擴展的控制作用。(5)預制切槽的大尺寸砂巖試樣在高地應力差、水平層理方案下切槽附近的裂紋沿著切槽方向擴展形成非常明顯的主裂縫,裂紋尺度和延伸距離較大,且出現(xiàn)多條裂縫與原生結構面交匯,形成較為復雜的裂縫網(wǎng)絡,切槽效果比較明顯;在低地應力差和豎直層理方向方案下微裂紋數(shù)量較多,沒有明顯的主裂縫,且方向多樣,切槽效果不太明顯。而且,無論在哪種試驗方案下,裂紋最終在試樣空間形成的主裂縫方向均與最大水平主應力方向一致,切槽可控制切槽附近裂紋擴展的方向,距離切槽較遠的裂紋擴展方向垂直于最小水平主應力。(6)在余吾煤業(yè)井下開展定向水力壓裂卸壓試驗,綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:水力壓裂卸壓后,留巷頂?shù)装逡平拷档?0%,兩幫移近量降低30%。井下試驗不僅取得較好的卸壓效果,而且驗證了理論分析與數(shù)值模擬結果的正確性。
【學位單位】：煤炭科學研究總院
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TD353
【部分圖文】：

以其提出者和主要改進者的姓名首字母壓裂液的一維滲漏模型[77]，該模型給出面向外滲漏的計算方法，即 Carter 方程。重要基礎。裂隙擴展?jié)B漏模型是根據(jù)質(zhì)應當?shù)扔诹严稊U展體積與滲漏體積之和。，裂隙面在垂直方向擴展范圍遠大于水應變問題來處理。KGD 模型中，裂隙的和長度方向的擴展。KGD 模型如圖 1.12型，裂隙面在水平方向擴展范圍遠大于面應變問題來處理。PKN 模型中，裂隙定的，需要計算的是裂隙的寬度和長度。L

圖 2.5 懸臂梁微元體受彎矩作用acting on the infinitessimal eleme如下：( )=( )為懸臂梁慣性矩， = ，橫坐標 的函數(shù)，可以表示為( ) = bT + 存在如下微分關系：=( )，得到=( )與撓曲曲線的微分關系與截

梁的撓曲曲線可用y = f(x)表示兩端發(fā)生相對剪切變形dτ。微元γ = k 形dτ與剪應變的關系如下：dτ = γdx 標x處，由剪切變形引起的撓度為dτ = γdx 為：( ) = ( ) 引起的撓度函數(shù)為：y = (2 ) = (2
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 宋煥虎;魏輝;;爆破卸壓技術在深部煤層防治沖擊地壓中的應用[J];中國煤炭;2015年12期

2 喬鎖軍;;利用地面壓裂鉆井增加煤層透氣性的抽采效果分析[J];科技創(chuàng)新與應用;2015年24期

3 周西華;畢建乙;王海東;雷云;王軍;;高瓦斯低透氣性煤層水力壓裂增透技術研究[J];世界科技研究與發(fā)展;2015年03期

4 申海軍;;特厚煤層大巷煤柱支承壓力分布規(guī)律研究[J];煤炭科學技術;2015年05期

5 李楊;杜學領;孟磊;;漳村煤礦綜放開采合理煤柱寬度研究[J];遼寧工程技術大學學報(自然科學版);2015年05期

6 馮宇;姜福興;翟明華;王博;郭信山;成功;;煤層定點水力壓裂防沖的機制研究[J];巖土力學;2015年04期

7 陳勇;郝勝鵬;陳延濤;張自政;武立飛;劉洪林;;帶有導向孔的淺孔爆破在留巷切頂卸壓中的應用研究[J];采礦與安全工程學報;2015年02期

8 侯曉志;孟海東;趙思宇;;淺埋煤層護巷煤柱寬度合理性研究[J];煤炭技術;2015年01期

9 李芷;賈長貴;楊春和;曾義金;郭印同;衡帥;王磊;侯振坤;;頁巖水力壓裂水力裂縫與層理面擴展規(guī)律研究[J];巖石力學與工程學報;2015年01期

10 萬海鑫;張凱;陳冬冬;湯樺;;轎子山礦切頂卸壓沿空留巷技術[J];煤礦安全;2014年12期

相關碩士學位論文 前2條

1 閆金鵬;高瓦斯低透氣性煤層水力壓裂增透技術研究[D];安徽理工大學;2014年

2 陳鵬;深孔穿層爆破提高松軟煤層條帶區(qū)域透氣性技術研究[D];河南理工大學;2012年

本文編號：2889529