基于水力壓裂的深部三維地應(yīng)力測(cè)量及增透機(jī)理研究.pdf

1、瓦斯是我國(guó)煤礦開(kāi)采的一個(gè)重要危險(xiǎn)源，嚴(yán)重影響著礦井的安全生產(chǎn)，歷來(lái)都是煤礦災(zāi)害治理工作的重中之重，但同時(shí)瓦斯又是一種清潔高效的能源。因此，進(jìn)行煤與瓦斯安全共采將是我國(guó)未來(lái)煤礦瓦斯災(zāi)害防治與環(huán)境保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)。然而，由于我國(guó)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(diǎn)，決定了我國(guó)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(duì)地應(yīng)力非常敏感，因此，充分了解一個(gè)地區(qū)的地應(yīng)力分布特征，并

2、開(kāi)發(fā)一套系統(tǒng)的卸壓增透抽采技術(shù)對(duì)煤與瓦斯共采具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)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(gè)松藻礦區(qū)區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)的前提下，基于礦山目前采用的水力壓裂試驗(yàn)對(duì)礦區(qū)5個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了地應(yīng)力實(shí)測(cè)，并結(jié)合理論分析和聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，從總體上掌握了該礦地應(yīng)力場(chǎng)的分布狀況。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)水力壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等手段，對(duì)水力壓裂卸壓增透機(jī)理進(jìn)行了研究，主要完

3、成的工作及獲得的研究成果如下：
　?、俨捎肕TS815巖石力學(xué)電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)和島津AGI-250kN型伺服材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣、室內(nèi)加工的試件進(jìn)行巴西劈裂試驗(yàn)及單軸、三軸壓縮試驗(yàn)，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(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正，為數(shù)值模擬試驗(yàn)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
　?、谕ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)水力壓裂實(shí)測(cè)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(jì)算出的試驗(yàn)點(diǎn)

4、垂向應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力大小，以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)巖石試樣進(jìn)行聲發(fā)射試驗(yàn)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(chǎng)的分布規(guī)律，為后續(xù)煤巖體的起裂壓力、裂縫擴(kuò)展及增透機(jī)理的研究奠定了良好的基礎(chǔ)；
　?、墼趯?duì)鉆孔周?chē)鷳?yīng)力進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)水力壓裂技術(shù)卸壓增透機(jī)理的研究，建立了水力壓裂的理論計(jì)算模型和數(shù)值模型，得到了壓裂過(guò)程中煤巖體裂縫的空間幾何形態(tài)及抗拉強(qiáng)度、厚度對(duì)增透效果的影響；
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