岩石定向起裂水压裂缝的转向扩展模型研究

发布时间：2024-12-11 05:21

　　煤矿中的坚硬厚煤层综放开采、坚硬顶板控制、冲击矿压、低渗透性煤层瓦斯抽采、煤与瓦斯突出等问题一直以来严重影响着矿井的安全生产。煤岩体定向水力致裂技术是解决这些问题的有效措施之一。水压裂缝的扩展是水力致裂的重要研究内容。本文采用物理实验、理论分析、数值模拟等方法对定向起裂后水压裂缝的转向扩展问题进行了研究。应用大尺寸真三轴水力致裂实验系统以及RFPA3D-Flow数值模拟软件进行了定向水力致裂水压裂缝的转向扩展基本规律研究。结果表明:在定向水力致裂过程中,水压裂缝一般能够沿预割缝边缘起裂,但是起裂方向往往与预割缝所在的平面有一定的夹角。水压裂缝沿预割缝边缘起裂后,其扩展方向会慢慢朝着最大主应力1σ所在的方向旋转,最终旋转到与最大主应力平行的方向,之后其扩展方向基本保持不变。水压裂缝转向扩展的快慢与距离决定了定向水力致裂水压裂缝的有效扩展范围,进而影响煤岩体结构定向改造的效果。基于水压裂缝转向扩展基本规律的物理实验和数值模拟研究,采用最大拉应力准则,提出了水压裂缝转向扩展的宏、细观概念模型,建立了水压裂缝转向扩展的力学模型。水压裂缝的转向扩展可以看作是以下过程:在裂缝尖端局部应力场的作用下,...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1大尺寸真三轴水力致裂实验系统

钻孔周围的应力场分布复杂且变化较大。此外，煤岩体是节理裂隙质，完整性差。以上这些因素对水压裂缝空间转向扩展的结果影响着煤岩体定向水力致裂的实施效果。目前，对水力致裂现场试验段十分有限，观测难度较大，不利于定性和定量分析水压裂缝空间影响因素。为了深入掌握岩石定向起裂后水压裂缝的转向....

图2-2弯曲封孔器Figure2-2Bendingholepacker

钻孔中进行割缝，进行定向预割缝水力致裂的物理模拟实验，掌握定向水力致裂水压裂缝的转向扩展基本规律。采用边长为500mm×500mm×500mm的水泥砂浆（模拟岩试块由32.5号水泥和筛选后的细沙浇筑而成，浇筑的质量配沙：水泥：水），两天后拆除试块模具，拆除模具....

图2-3模拟预割缝圆盘Figure2-3Discstosimulateprefabricatedslot

图2-3模拟预割缝圆盘Figure2-3Discstosimulateprefabricatedslot图2-4带有预割缝圆盘的封孔器Figure2-4Holepackerwithprefabricatedslot制作500mm×500mm×....

图2-4带有预割缝圆盘的封孔器Figure2-4Holepackerwithprefabricatedslot

图2-4带有预割缝圆盘的封孔器Figure2-4Holepackerwithprefabricatedslot制作500mm×500mm×500mm水泥砂浆试块两个，试块C-1径100mm模拟定向预割缝圆盘的弯曲封孔器。为了防止水泥盘内部，浇筑....

本文编号：4016253