二氧化碳相變致裂技術(shù)作為一種新型煤層卸壓增透技術(shù),適用范圍廣、致裂效果好。本文主要采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地研究控制孔在二氧化碳相變致裂中的作用機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:（1）分析二氧化碳相變致裂技術(shù)的基本原理,將二氧化碳相變致裂過(guò)程劃分為高壓氣體作用階段與應(yīng)力波作用階段。計(jì)算二氧化碳相變致裂的TNT當(dāng)量,分析二氧化碳相變致裂中壓力與時(shí)間的關(guān)系。研究了控制孔在相變致裂過(guò)程中應(yīng)力波作用階段的力學(xué)效應(yīng),分析了含控制孔相變致裂粉碎區(qū)和裂隙區(qū)的影響范圍。（2）構(gòu)建二氧化碳相變致裂煤體固氣耦合數(shù)學(xué)模型,在有效應(yīng)力方程中引入控制孔參數(shù),用含控制孔煤巖體變形場(chǎng)方程、單元損傷方程和透氣性方程表示煤體損傷演化的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合煤層中氣體運(yùn)移方程、質(zhì)量守恒和能量守恒方程,構(gòu)建了含控制孔有效應(yīng)力的二氧化碳致裂煤體固氣耦合數(shù)學(xué)模型。（3）對(duì)二氧化碳相變致裂過(guò)程進(jìn)行了 COMSOL數(shù)值模擬,模擬相同致裂壓力對(duì)不同力學(xué)性質(zhì)煤巖體的影響及不同致裂壓力對(duì)同一煤體的影響;模擬控制孔不同位置對(duì)致裂效果的影響,及不同控制孔孔徑對(duì)裂紋的影響規(guī)律。結(jié)果表明:設(shè)置控制孔比不設(shè)置控制孔裂隙區(qū)的半徑增大了 1 0.... 

【文章來(lái)源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 煤層增透技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 高壓氣體爆破數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.2.3 控制爆破孔研究現(xiàn)狀
    1.3 研究?jī)?nèi)容
    1.4 技術(shù)路線
2 含控制孔二氧化碳相變致裂作用機(jī)理分析
    2.1 二氧化碳相變致裂技術(shù)
    2.2 二氧化碳相變致裂過(guò)程力學(xué)分析
        2.2.1 二氧化碳相變致裂過(guò)程
        2.2.2 二氧化碳相變致裂當(dāng)量估算
        2.2.3 二氧化碳相變致裂壓力變化
    2.3 二氧化碳相變致裂控制孔作用機(jī)理
        2.3.1 控制孔對(duì)應(yīng)力波的影響
        2.3.2 控制孔的力學(xué)效應(yīng)
        2.3.3 致裂影響范圍分析
        2.3.4 控制孔對(duì)致裂范圍的影響
    2.4 本章小結(jié)
3 二氧化碳相變致裂煤體固氣耦合數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建
    3.1 含控制孔煤體損傷演化數(shù)學(xué)模型
    3.2 氣體滲流應(yīng)力演化數(shù)學(xué)模型
        3.2.1 氣體運(yùn)移方程
        3.2.2 質(zhì)量守恒方程
        3.2.3 能量守恒方程
    3.3 本章小結(jié)
4 二氧化碳相變致裂過(guò)程中控制孔參數(shù)優(yōu)化的數(shù)值模擬分析
    4.1 煤巖體力學(xué)性質(zhì)分析測(cè)試
        4.1.1 測(cè)試內(nèi)容與目的
        4.1.2 測(cè)試方法及設(shè)備
        4.1.3 測(cè)試結(jié)果
    4.2 二氧化碳相變致裂幾何模型的建立
    4.3 二氧化碳相變致裂模擬結(jié)果
        4.3.1 不同力學(xué)性質(zhì)煤巖受致裂的影響
        4.3.2 設(shè)置控制孔對(duì)致裂的影響
        4.3.3 不同致裂壓力對(duì)致裂的影響
        4.3.4 控制孔間距對(duì)致裂的影響
        4.3.5 煤體的裂紋擴(kuò)展情況分析
    4.4 本章小結(jié)
5 含控制孔的二氧化碳相變致裂技術(shù)應(yīng)用
    5.1 礦井概況
    5.2 二氧化碳相變致裂工藝流程
    5.3 試驗(yàn)內(nèi)容以及影響因素分析
        5.3.1 二氧化碳相變致裂器送入取出條件試驗(yàn)
        5.3.2 二氧化碳相變致裂影響因素分析
    5.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
        5.4.1 二氧化碳相變致裂鉆孔布置方案
        5.4.2 二氧化碳相變致裂效果考察
    5.5 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]高能氣體壓裂過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型與工藝技術(shù)優(yōu)化決策研究[D]. 吳飛鵬.中國(guó)石油大學(xué) 2009

碩士論文
[1]注二氧化碳驅(qū)替甲烷實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬分析[D]. 王永康.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2016
[2]液態(tài)二氧化碳相變致裂增透機(jī)理研究[D]. 韓亞北.河南理工大學(xué) 2014
[3]低透氣性煤層深孔預(yù)裂爆破增透抽采瓦斯技術(shù)研究[D]. 丁洋.西安科技大學(xué) 2013
[4]深孔爆破松動(dòng)半徑試驗(yàn)研究[D]. 倪小軍.安徽理工大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3431058