煤層水壓致裂機(jī)理數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)走低等諸多因素的影響，致使我國煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益急劇下滑。調(diào)整煤炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高塊煤產(chǎn)出率也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、擺脫經(jīng)濟(jì)困境的有效途徑之一，也是目前煤炭企業(yè)清潔生產(chǎn)的最佳選擇。
　　本文以黃隴侏羅紀(jì)煤田紅石巖煤礦為背景，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬等方法，系統(tǒng)研究了2號(hào)煤層水壓致裂過程中的起裂與擴(kuò)展規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)對(duì)紅石巖煤礦2號(hào)煤煤樣進(jìn)行了水理性分析，測(cè)定了不同含水率下煤巖

2、體的物理力學(xué)參數(shù)，擬合出2號(hào)煤物理力學(xué)參數(shù)與含水率之間的水理性表達(dá)關(guān)系式。運(yùn)用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)等方法，研究分析了煤層水壓致裂的主要影響因素，并結(jié)合2號(hào)煤層煤質(zhì)、裂隙的發(fā)育等情況，分析了主要因素對(duì)2號(hào)煤層的水壓致裂的影響規(guī)律。通過力學(xué)分析，確定了煤層水壓致裂過程中起裂的臨界壓力。運(yùn)用數(shù)值模擬研究了原生裂隙、切槽對(duì)煤層水壓致裂起裂擴(kuò)展過程中起裂壓力、擴(kuò)展壓力及起裂方向、擴(kuò)展方向的影響。研究得到：一是在水壓致裂起裂過程中，存在原生裂隙或切槽

3、裂縫的煤層鉆孔，將隨原生裂隙或切槽裂縫與最小主應(yīng)力的夾角增大而其起裂壓力減小，但切槽對(duì)煤層鉆孔起裂壓力的降低更為有效，并對(duì)起裂方向具有一定引導(dǎo)作用；二是在擴(kuò)展過程中，存在原生裂隙或切槽的擴(kuò)展壓力隨其與最小主應(yīng)力的夾角增大而減小，但切槽鉆孔的壓裂半徑大，壓裂效果更好，且裂縫擴(kuò)展的方向趨于煤層鉆孔中的切槽方向。三是通過原生裂隙或切槽裂縫的煤層鉆孔的橫向比較，存在切槽的煤層鉆孔在水壓致裂過程中，起裂壓力、擴(kuò)展壓力都相對(duì)降低，并且對(duì)起裂擴(kuò)展都有