基于爆生裂的多水压裂缝扩展规律研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jacky20000
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在煤矿中利用水力爆破致裂技术能够有效的增加水压裂缝的数目和作用范围,从而能对煤岩体结构进行充分改造,弱化坚硬顶煤顶板,改善煤层的透气性,防治煤与瓦斯突出以及冲击矿压。目前对基于爆生裂缝条件下的多水压裂缝扩展基本规律研宄较少。本文以采用大尺寸真三轴水力致裂实验系统进行的水力爆破致裂实验为主要依据,综合运用弹性力学、断裂力学、流体力学等力学方法,对多水压裂缝的动态扩展及其相互影响规律进行了研究。  实验揭示了水力爆破致裂的典型空间裂缝形态,分析了多水压裂缝在扩展过程中的转向连接闭合现象。基于单水压裂缝的转向模型,建立了多水压裂缝的连接模型,发现了多水压裂缝扩展过程中的“马太效应”,并从理论上分析了多水压裂缝的转向闭合现象。多水压裂缝间距较近时,优势水压裂缝抑制劣势水压裂缝的扩展,劣势水压裂缝发生转向或者闭合;多水压裂缝间距较远时,多水压裂缝均平行于最大主应力方向扩展。  运用实验和RFPA2d-FLOW数值模拟软件研宄了多水压裂缝扩展的影响因素及其影响规律。围岩主应力差较小时裂缝起裂扩展过程中容易出现转向;水压裂缝与原生节理裂隙贯通时容易出现分叉现象,分叉后的多水压裂缝发生转向,其扩展方向平行于最大主应力方向;大排量水力致裂时产生的水压裂缝数目和多水压裂缝扩展范围要比小排量水力致裂时效果明显;钻孔沿最小主应力方向布置时,能够产生较多数目的轴向和径向主水压裂缝。  义煤集团耿村矿13210综放面具有弱冲击倾向性和煤与瓦斯突出危险,结合现场条件确定了技术参数,在下巷钻场处进行了基于爆生裂缝的水力致裂试验。现场实践表明,煤层内产生了较多数目的水压裂缝,且裂缝扩展作用范围最大为34m左右,弱化了坚硬煤层,增加了煤层的透气性,利于后期瓦斯抽采。
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