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、實驗測試、現(xiàn)場應(yīng)用相結(jié)合的方法，通過對高壓逾裂混合式煤層注水理論及工藝技術(shù)的研究，以形成針對綜放工作面較為系統(tǒng)的注水知識體系。
　　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展延伸的機理，進行了弱面擴展延伸力學(xué)分析并推導(dǎo)出了弱面端部擴展延伸的力學(xué)條件；而后對水力壓裂動靜交變加載描述方式進行研究，得出動、靜

2、態(tài)楊氏模量隨圍壓的變化趨勢相同但彈性參數(shù)存在差別，靜態(tài)楊氏模量約為動態(tài)的1/2，煤體的動、靜態(tài)泊松比近似相等，進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電液伺服巖石試驗系統(tǒng)配置制定了注水煤層基本力學(xué)實驗研究方案，通過力學(xué)實驗得出其基本力學(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度、彈性模量、破壞載荷、硬度系數(shù)、泊松比、抗拉強度參數(shù)均低于自然狀態(tài)下煤巖試件的結(jié)論。由三軸壓縮實驗得

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、速度場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較小，但對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于單向煤層注水布置方式。
　　根據(jù)實驗室測試與數(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)動壓注水區(qū)域與動壓區(qū)靜壓注水區(qū)域兩個不同類型的注水區(qū)域，針對兗州煤