低透氣性煤層水力壓裂增透技術(shù).pdf

1、瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重制約我國(guó)煤炭工業(yè)的健康發(fā)展，嚴(yán)重威脅煤礦工人生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著對(duì)于煤炭資源的持續(xù)性消耗，部分煤礦開始轉(zhuǎn)為深部開采。然而，隨著開采深度的增加，一系列自然阻抗因素也之變化，例如：瓦斯含量與壓力、地?zé)?、地?yīng)力、煤層透氣性等因素對(duì)于煤礦開采的影響也隨之變化。本文針對(duì)山西某礦150108工作面高瓦斯、高壓力、低透氣性的特點(diǎn)，為了保障安全生產(chǎn)，采用水力壓裂技術(shù)預(yù)先排采煤層瓦斯，從而達(dá)到降壓、增透、排瓦斯的效果。本文采用理論分析、數(shù)值模擬

2、相結(jié)合的研究方法對(duì)水力壓裂裂縫的起裂、擴(kuò)展機(jī)理展開研究，結(jié)合試驗(yàn)工作面水力壓裂的施工工藝參數(shù)，為該工作面的瓦斯抽采設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　理論分析水力壓裂裂縫的擴(kuò)展準(zhǔn)備階段、裂縫產(chǎn)生階段以及裂縫擴(kuò)展階段，構(gòu)建水力壓裂裂縫起裂壓力、裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度、煤體滲透率的變化數(shù)學(xué)模型，揭示水力壓裂增透卸壓作用的理論基礎(chǔ)。建立該工作面水力壓裂的數(shù)值分析模型，結(jié)合RFPA2D-Flow軟件模擬水力壓裂起裂壓力以及裂縫擴(kuò)展隨著地應(yīng)力的變化規(guī)律，結(jié)果表明

3、：（1）數(shù)值模擬水力壓裂起裂壓力為16.2Mpa，與工程試驗(yàn)結(jié)果相一致。（2）數(shù)值模擬不同側(cè)應(yīng)力系數(shù)條件下，裂縫的起裂位置，當(dāng)側(cè)應(yīng)力系數(shù)?<1時(shí)，裂縫沿著垂直方向開始起裂；當(dāng)側(cè)應(yīng)力系數(shù)?=1時(shí)，裂縫隨機(jī)方向起裂；當(dāng)?>1時(shí)，裂縫沿著水平方向開始起裂；（3）應(yīng)力差值越大，起裂所需的壓力越小，應(yīng)力差值與起裂所需的壓力大致呈線性分布。結(jié)合RFPA2D-Flow軟件模擬分析不同煤體的堅(jiān)固性系數(shù)對(duì)水力壓裂的影響，結(jié)果表明：（1）隨著煤體堅(jiān)固性系數(shù)

4、的增大，煤體所需的起裂壓裂也逐漸增大。（2）通過理論分析與工程試驗(yàn)相結(jié)合，確定該礦井150108工作面原始瓦斯抽采影響半徑為1m，通過水力壓裂工程試驗(yàn)后，150108工作面的瓦斯抽采影響半徑變?yōu)?m以上，瓦斯抽采影半徑大大提升，瓦斯抽采效果顯著。
　　通過水力壓裂工程試驗(yàn)，結(jié)果表明煤層透氣性顯著增大，瓦斯抽采純量顯著增大，瓦斯壓力也隨之下降。本文通過理論分析、數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對(duì)于指導(dǎo)山西某礦150108工作面水力壓裂工程