低透气性煤层水力压裂增透技术-矿业工程专业论文.docxVIP

内蒙 内蒙古科技大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 摘 要 瓦斯灾害严重制约我国煤炭工业的健康发展，严重威胁煤矿工人生命财产安全。随着 对于煤炭资源的持续性消耗，部分煤矿开始转为深部开采。然而，随着开采深度的增加， 一系列自然阻抗因素也之变化，例如：瓦斯含量与压力、地热、地应力、煤层透气性等因 素对于煤矿开采的影响也随之变化。本文针对山西某矿 150108 工作面高瓦斯、高压力、低 透气性的特点，为了保障安全生产，采用水力压裂技术预先排采煤层瓦斯，从而达到降 压、增透、排瓦斯的效果。本文采用理论分析、数值模拟相结合的研究方法对水力压裂裂 缝的起裂、扩展机理展开研究，结合试验工作面水力压裂的施工工艺参数，为该工作面的 瓦斯抽采设计提供理论依据。 理论分析水力压裂裂缝的扩展准备阶段、裂缝产生阶段以及裂缝扩展阶段，构建水力 压裂裂缝起裂压力、裂纹扩展长度、煤体渗透率的变化数学模型，揭示水力压裂增透卸压 作用的理论基础。建立该工作面水力压裂的数值分析模型，结合 RFPA2D-Flow 软件模拟水 力压裂起裂压力以及裂缝扩展随着地应力的变化规律，结果表明：（1）数值模拟水力压裂 起裂压力为 16.2Mpa，与工程试验结果相一致。（2）数值模拟不同侧应力系数条件下，裂 缝的起裂位置，当侧应力系数?1 时，裂缝沿着垂直方向开始起裂；当侧应力系数?=1 时，裂缝随机方向起裂；当?1 时，裂缝沿着水平方向开始起裂；（3）应力差值越大，起 裂所需的压力越小，应力差值与起裂所需的压力大致呈线性分布。结合 RFPA2D-Flow 软件 模拟分析不同煤体的坚固性系数对水力压裂的影响，结果表明：（1）随着煤体坚固性系数 的增大，煤体所需的起裂压裂也逐渐增大。（2）通过理论分析与工程试验相结合，确定该 矿井 150108 工作面原始瓦斯抽采影响半径为 1m，通过水力压裂工程试验后，150108 工作 面的瓦斯抽采影响半径变为 4m 以上，瓦斯抽采影半径大大提升，瓦斯抽采效果显著。 通过水力压裂工程试验，结果表明煤层透气性显著增大，瓦斯抽采纯量显著增大，瓦 斯压力也随之下降。本文通过理论分析、数值模拟相结合的研究方法，对于指导山西某矿 150108 工作面水力压裂工程试验取得良好的效果。 关键词：水力压裂；数值模拟；起裂压力；工程试验 I Abstract Gas disaster seriously hampered the healthy development of Chinas coal industry,coal miners serious threat to lives and property. With respect to the sustainability of consumption of coal resources, coal mines began to turn part of deep mining. However, with the increase of mining depth, a series of natural factors of impedance changes, such as: gas content and pressure, geothermal, stress, seam permeability for coal mining and other factors also influence changes. In this paper, a Shanxi mine Face 150108 high gas, high pressure, low permeability characteristic, in order to ensure safety in production, the use of hydraulic fracturing technology previously exclusive mining seam gas, so as to achieve blood pressure, AR, gas discharge and other effects. In this paper, theoretical analysis, numerical simulation methods of hydraulic fracture initiation, propagation mechanism of a study, combined with the construction parameters of the test face in hydraulic fracturing, gas drainage for the face designed to pr