高壓逾裂混合式煤層注水理論與應(yīng)用.pdf

1、利用理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用相結(jié)合的方法，通過對(duì)高壓逾裂混合式煤層注水理論及工藝技術(shù)的研究，以形成針對(duì)綜放工作面較為系統(tǒng)的注水知識(shí)體系。
　　通過水力壓裂裂縫的產(chǎn)生布展形態(tài)、注水壓裂破煤理論及卸壓增透作用的分析，形成了水力致裂增透理論，建立了水力致裂的破壞準(zhǔn)則；依據(jù)高壓注水壓裂裂隙弱面擴(kuò)展延伸的機(jī)理，進(jìn)行了弱面擴(kuò)展延伸力學(xué)分析并推導(dǎo)出了弱面端部擴(kuò)展延伸的力學(xué)條件；而后對(duì)水力壓裂動(dòng)靜交變加載描述方式進(jìn)行研究，得出動(dòng)、靜

2、態(tài)楊氏模量隨圍壓的變化趨勢(shì)相同但彈性參數(shù)存在差別，靜態(tài)楊氏模量約為動(dòng)態(tài)的1/2，煤體的動(dòng)、靜態(tài)泊松比近似相等，進(jìn)而確立了煤層高壓注水水力致裂的基本理論體系。根據(jù)MTS815.03電液伺服巖石試驗(yàn)系統(tǒng)配置制定了注水煤層基本力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方案，通過力學(xué)實(shí)驗(yàn)得出其基本力學(xué)參數(shù)及注水作用下煤巖的力學(xué)性能變化規(guī)律，得出了含水狀態(tài)煤巖試件的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、破壞載荷、硬度系數(shù)、泊松比、抗拉強(qiáng)度參數(shù)均低于自然狀態(tài)下煤巖試件的結(jié)論。由三軸壓縮實(shí)驗(yàn)得

3、出了壓縮全應(yīng)力應(yīng)變曲線和飽水狀態(tài)試件圍壓與最大主應(yīng)力差的關(guān)系式，并通過煤體滲透特性試驗(yàn)得出了試樣全應(yīng)力—應(yīng)變過程的滲透率曲線。構(gòu)建了煤體滲流—應(yīng)力—損傷耦合模型、逾裂滲透多孔隙介質(zhì)基礎(chǔ)模型和煤層高壓注水?dāng)?shù)學(xué)模型，并利用FLUENT軟件模擬出了不同鉆孔長度、不同布置方式及不同壓力條件下水在煤層中的滲流壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)分布情況以及煤體水分增加情況。模擬結(jié)果得出，鉆孔在高壓力條件下，水壓作用范圍明顯大于低壓條件下的作用范圍，長鉆孔注水比短鉆孔的

4、注水壓力作用范圍擴(kuò)大、水壓衰減程度降低；同等條件下，雙向鉆孔比單向鉆孔注水滲流速度大，煤層高壓注水濕潤煤體能力與范圍高于低壓狀態(tài)，80m相比50m長度鉆孔的注水滲流速度相對(duì)較小，但對(duì)煤層具有較廣的滲流作用范圍，雙向煤層注水布置方式在濕潤煤體范圍上要強(qiáng)于單向煤層注水布置方式。
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與數(shù)值模擬結(jié)果，依據(jù)煤層不同應(yīng)力分布區(qū)域?qū)⒐ぷ髅婷后w沿走向方向劃分為靜壓區(qū)動(dòng)壓注水區(qū)域與動(dòng)壓區(qū)靜壓注水區(qū)域兩個(gè)不同類型的注水區(qū)域，針對(duì)兗州煤