割缝扰动区裂纹扩展模式及能量演化规律下载

PIPI_333 2020-04-20 05:00:18

基于颗粒流基本原理,采用PFC2D软件建立数值模型,模拟了割缝钻孔周围裂纹在不同侧压系数λ下的扩展模式。结果表明:当λ1时,裂纹集中于垂直方向上。此外,随着λ的增大,裂纹数总体呈增长趋势。通过记录钻孔破坏过程中动能变化发现:不同侧压系数下动能演化呈现出明显的分区特征,可分为动能快速释放区、动能快速衰减区、动能剧烈波动区和平衡区,动能峰值随λ的增大线性增加。当λ较小时,声发射事件分布较为离散;当λ=1时,声发射事件在整个时程中均匀分布;当λ>1时,声发射事件数在经历急速升高后开始下降。
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煤层水力割缝能有效促进瓦斯解析运移,提高瓦斯抽采率,但割缝系统运行中发生的过渡过程会形成瞬时强冲击波作用于煤层,若控制不当易诱发喷孔、抱钻,甚至产生煤与瓦斯突出。针对该问题,采用理论分析和实验测试方法对自主设计研发的不同结构水力割缝系统过渡过程压力-流量特性进行了讨论和测试,分析了过渡过程中系统能量特性与耗散规律。结果表明:系统过渡过程中流体携带能量发生快速激增,能量激增量与水力割缝结构参数相关,激增能量通过高速冲击传递给煤层,改变煤层原始应力,诱导煤层快速卸压,部分激增能量在管路中消耗;结构对系统过渡过程激增能量影响不同,对发生过渡过程,能量随结构面积的增加而增加,但单位能量不变,激增后能量随结构面积的增加而减小,单位面积能量减小,改变结构有效面积是控制过渡过程激增能量的有效方式,可有效降低作业过程中煤与瓦斯突出的危险。

针对现有的水力割缝技术进行改进,?用新型开口钻头、双壁返渣钻杆、变径接头、并优化水射流喷嘴位置、钻孔布置方式,从而提高水力割缝对煤体的扰动效果,减少水力割缝施工时间,提高水力割缝抽采效果。

为了提高低透气性煤层的瓦斯抽采效率,文章提出了用水力割缝技术扩大钻孔的直接影响范围的思路,研究了水力割缝技术对扰动煤体的体积、表面积、单孔瓦斯抽采量、钻孔影响半径等参数,对比分析了水力割缝技术和普通钻孔抽采技术的数据,结果表明水力割缝技术扰动煤体体积可提高6～16倍,影响煤体表面积可提高5.3～8.8倍,单孔抽采流量可提高2.0～2.5倍。同时水力割缝技术可增大单孔有效影响半径,在一定程度上可减少施工工程量。

内容概要：本文结合PFC（Particle Flow Code）割缝技术和水力压裂模拟，研究了割缝参数（如角度、长度）对岩石破裂压力的影响，并模拟了割缝后盐岩在水力压裂下的稳定性。首先，基于PFC理论构建了一个三维水力压裂模型，用于模拟岩石在水力作用下的破裂过程。接着，通过改变割缝的角度和长度，进行了大量的模拟实验，分析了这些参数对岩石破裂压力的具体影响。最后，针对盐岩的物理性质和力学特性，模拟了水力压裂过程中盐岩的稳定性变化，包括岩体变形和裂缝扩展等情况。研究成果为实际工程中的水力压裂操作提供了理论依据和技术支持。适合人群：从事岩土工程、石油开采、地热能开发等相关领域的研究人员和工程师。使用场景及目标：适用于需要评估水力压裂效果和岩石稳定性的工程项目，旨在优化割缝参数，提高水力压裂效率和安全性。阅读建议：本文详细介绍了PFC割缝技术和水力压裂模拟的方法及结果，建议读者重点关注割缝参数对岩石破裂压力的影响机制，以及盐岩在水力压裂下的稳定性分析，以便更好地应用于实际工程中。

针对目前水射流割缝深度无法精确确认的问题,基于动量守恒定律推导二维平面内水射流截面速度分布规律,以水射流射流功率与冲蚀煤岩体积的线性关系、水射流动压衰减规律及Mohr-Coulomb准则等为基础,确定水射流冲蚀煤岩深度随时间的变化规律及水射流割缝的影响范围,并在川南某矿2#煤层2472风巷掘进工作面进行顺层钻孔割缝现场试验,对比计算水射流割缝深度、最大割缝深度。研究结果表明:理论计算值与现场试验实测值之间最大误差分别为8.67%、8.53%。

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