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Physical and numerical investigations of target stratum selection for ground hydraulic fracturing of multiple hard roofs
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作者 Binwei Xia Yanmin Zhou +2 位作者 Xingguo Zhang Lei Zhou Zikun Ma 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期699-712,共14页
Ground hydraulic fracturing plays a crucial role in controlling the far-field hard roof,making it imperative to identify the most suitable target stratum for effective control.Physical experiments are conducted based ... Ground hydraulic fracturing plays a crucial role in controlling the far-field hard roof,making it imperative to identify the most suitable target stratum for effective control.Physical experiments are conducted based on engineering properties to simulate the gradual collapse of the roof during longwall top coal caving(LTCC).A numerical model is established using the material point method(MPM)and the strain-softening damage constitutive model according to the structure of the physical model.Numerical simulations are conducted to analyze the LTCC process under different hard roofs for ground hydraulic fracturing.The results show that ground hydraulic fracturing releases the energy and stress of the target stratum,resulting in a substantial lag in the fracturing of the overburden before collapse occurs in the hydraulic fracturing stratum.Ground hydraulic fracturing of a low hard roof reduces the lag effect of hydraulic fractures,dissipates the energy consumed by the fracture of the hard roof,and reduces the abutment stress.Therefore,it is advisable to prioritize the selection of the lower hard roof as the target stratum. 展开更多
关键词 Target stratum selection Ground hydraulic fracturing Hard roof control fracture network Material point method
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Hydraulic fracturing induced casing shear deformation and a prediction model of casing deformation 被引量:3
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作者 LU Qjanli LIU Zhuang +4 位作者 GUO Jianchun HE Le LI Yanchao ZENG Ji REN Shan 《Petroleum Exploration and Development》 CSCD 2021年第2期460-468,共9页
To study the casing deformation(CD)in shale gas well fracturing caused by natural fracture slip,a fracture face stress model is built based on stress analysis,and a CD prediction model is established based on complex ... To study the casing deformation(CD)in shale gas well fracturing caused by natural fracture slip,a fracture face stress model is built based on stress analysis,and a CD prediction model is established based on complex function to analyze factors affecting wellbore shear stress and CD.(1)The fracture and wellbore approach angles have significant impacts on the wellbore shear stress.In Weiyuan shale gas field,Sichuan Basin,under the common wellbore approach angle of nearly 90°,the wellbore is subjected to large shear stress and high risk of CD at the fracture approach angle range of 20° to 55° or its supplementary angle range.(2)When the fracture is partially opened,the wellbore shear stress is positively correlated with the fluid pressure,and negatively correlated with the fracture friction coefficient;when the fracture is fully opened,the wellbore shear stress is positively correlated with the natural fracture area.(3)The lower the elastic modulus and the longer the fracture length,the more serious the CD will be,and the Poisson’s ratio has a weak influence on the CD.The deformation first increases and then decreases with the increase of fracture approach angle,and reaches the maximum when the fracture approach angle is 45°.(4)At a given fracture approach angle,appropriately adjusting the wellbore approach angle can avoid high shear stress acting on wellbore,and reasonable control of the fluid pressure in the fracture can reduce the CD risk.The shear stress acting on casing is usually much greater than the shear strength of casing,so increasing casing strength or cementing quality have limited effect on reducing the risk of CD.Caliper logging data has verified that the CD prediction model is reliable,so the model can be used to establish risk analysis chart and calculate deformation value,to provide a reference for quick CD risk prediction in fracturing design. 展开更多
关键词 shale gas well hydraulic fracturing natural fracture fracture slippage casing deformation mechanism casing deformation risk control
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Groundwater flow through fractured rocks and seepage control in geotechnical engineering: Theories and practices 被引量:1
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作者 Chuang-Bing Zhou Yi-Feng Chen +1 位作者 Ran Hu Zhibing Yang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2023年第1期1-36,共36页
Groundwater flow through fractured rocks has been recognized as an important issue in many geotechnical engineering practices.Several key aspects of fundamental mechanisms,numerical modeling and engineering applicatio... Groundwater flow through fractured rocks has been recognized as an important issue in many geotechnical engineering practices.Several key aspects of fundamental mechanisms,numerical modeling and engineering applications of flow in fractured rocks are discussed.First,the microscopic mechanisms of fluid flow in fractured rocks,especially under the complex conditions of non-Darcian flow,multiphase flow,rock dissolution,and particle transport,have been revealed through a com-bined effort of visualized experiments and theoretical analysis.Then,laboratory and field methods of characterizing hydraulic properties(e.g.intrinsic permeability,inertial permeability,and unsaturated flow parameters)of fractured rocks in different flow regimes have been proposed.Subsequently,high-performance numerical simulation approaches for large-scale modeling of groundwater flow in frac-tured rocks and aquifers have been developed.Numerical procedures for optimization design of seepage control systems in various settings have also been proposed.Mechanisms of coupled hydro-mechanical processes and control of flow-induced deformation have been discussed.Finally,three case studies are presented to illustrate the applications of the improved theoretical understanding,characterization methods,modeling approaches,and seepage and deformation control strategies to geotechnical engi-neering projects. 展开更多
关键词 fractured rock Groundwater flow Flow visualization hydraulic property Hydromechanical coupling Groundwater flow modeling Seepage control
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Stability mechanism and control of the pumpable supports in longwall recovery room
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作者 Dong Zhang Jianbiao Bai +8 位作者 Zhijun Tian Zizheng Zhang Yonghong Guo Rui Wang Ying Xu Hao Fu Shuai Yan Min Deng Shuaigang Liu 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期957-974,共18页
The load-bearing performance(LBP)of pumpable supports(PPS)is crucial for the stability of longwall pre-driven recovery room(PRR)surrounding rock.However,the unbalanced bearing coefficient(UBC)of the PPS(undertaking un... The load-bearing performance(LBP)of pumpable supports(PPS)is crucial for the stability of longwall pre-driven recovery room(PRR)surrounding rock.However,the unbalanced bearing coefficient(UBC)of the PPS(undertaking unequal load along the mining direction)has not been investigated.A mechanical model of the PRR was established,considering the main roof cantilever beam structure,to derive an assessment formula for the load,the failure criteria,and the UBC of the PPS.Subsequently,the generation mechanisms,and influencing factors of the UBC were revealed.Global sensitivity analysis shows that the main roof hanging length(l_(2))and the spacing between the PPS(r)significantly impact the UBC.A novel design of the PPS and the coupling control technology were proposed and applied to reduce the UBC of the PPS in the adjacent longwall PRR.Monitor results showed no failure of the PPS at the test site,with the UBC(ζ)reduced to 1.1 consistent with the design value(1.15)basically,fully utilizing the collaborative LBP of the PPS.Finally,the maximum roof-to-floor convergence of the PRR was 234 mm,effectively controlling the stability of the surrounding rock of the PRR and ensuring the mining equipment recovery. 展开更多
关键词 Pre-driven recovery room Pumpable supports Unbalanced bearing coefficient hydraulic fracture Stability analysis Surrounding rock control
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A machine learning-based study of multifactor susceptibility and risk control of induced seismicity in unconventional reservoirs
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作者 Gang Hui Zhang-Xin Chen +5 位作者 Hai Wang Zhao-Jie Song Shu-Hua Wang Hong-Liang Zhang Dong-Mei Zhang Fei Gu 《Petroleum Science》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期2232-2243,共12页
A comprehensive dataset from 594 fracturing wells throughout the Duvernay Formation near Fox Creek, Alberta, is collected to quantify the influences of geological, geomechanical, and operational features on the distri... A comprehensive dataset from 594 fracturing wells throughout the Duvernay Formation near Fox Creek, Alberta, is collected to quantify the influences of geological, geomechanical, and operational features on the distribution and magnitude of hydraulic fracturing-induced seismicity. An integrated machine learning-based investigation is conducted to systematically evaluate multiple factors that contribute to induced seismicity. Feature importance indicates that a distance to fault, a distance to basement, minimum principal stress, cumulative fluid injection, initial formation pressure, and the number of fracturing stages are among significant model predictors. Our seismicity prediction map matches the observed spatial seismicity, and the prediction model successfully guides the fracturing job size of a new well to reduce seismicity risks. This study can apply to mitigating potential seismicity risks in other seismicity-frequent regions. 展开更多
关键词 Induced seismicity hydraulic fracturing Seismicity susceptibility Risk control Machine learning
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底板动压巷道压裂弱结构体应力转移控制技术 被引量:2
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作者 陈绍杰 刘江伟 +1 位作者 李亚康 吕华 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期106-116,共11页
为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此... 为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此,提出了在应力传递路径上实施水力压裂,在指定的区域制造出一定空间形态的水压裂缝网,形成压裂弱结构体,实现区域范围内的应力转移,从而降低巷道区域范围内的应力,控制巷道的围岩稳定性的控制技术,并通过理论分析及现场工程验证等方式,揭示了底板动压巷道压裂弱结构体应力转移的力学机制,建立了相应的力学模型,对压裂弱结构体的合理位置、范围等影响因素进行了求解。得出:(1)压裂弱结构体使局部应力场发生明显变化,出现应力升高区和应力降低区,应力降低区主要分布在弱结构体与采动应力连线的方向上,主要集中在一个拱形的范围内;由于膨胀效应,在与应力来源垂直的方向上产生应力集中,出现应力升高区。(2)最大主应力变化幅度与压裂弱结构体的长轴长L、短轴长H、到巷道的距离P、与巷道连线的水平夹角β、压裂层的强度C及内摩擦角α、压裂的损伤变量D等有关。其中到巷道的距离P对卸压效果影响最大,损伤变量D对卸压效果影响最小。(3)采用提出的计算方法设计了淮北矿业集团袁店一矿的103运输集中巷的卸压方案,工程应用结果表明,底板动压巷道变形速率明显减缓,验证了底板强动压巷道压裂弱结构体应力转移模型的合理性。 展开更多
关键词 采动应力 弱结构体 水力压裂 卸压 切顶 围岩控制
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水力压裂体积张开度-应力扰动本构关系及压裂效果调控
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作者 王利 南亚坤 +4 位作者 许朔 曹运兴 田林 张军胜 石玢 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2150-2163,共14页
储层体积张开和应力扰动是水力压裂过程中相互伴生的力学行为.前者创造了储层水力裂隙网络,包括主裂缝和分支裂缝网络,它们为游离气提供运移通道.后者是储层基质骨架上的压应力增量,包括主裂缝应力扰动和静水应力扰动,它们通过在脆性储... 储层体积张开和应力扰动是水力压裂过程中相互伴生的力学行为.前者创造了储层水力裂隙网络,包括主裂缝和分支裂缝网络,它们为游离气提供运移通道.后者是储层基质骨架上的压应力增量,包括主裂缝应力扰动和静水应力扰动,它们通过在脆性储层产生剪胀扩容或在塑性储层产生塑性变形,控制骨架基质吸附气的解吸和扩散通道.二者共同决定水力压裂的工程效果.为了进行压裂效果调控,文章建立体积张开度-应力扰动本构关系,包括体积张开度-应力扰动细观机理、数学表达式以及施加流体载荷的方法,从而将水力压裂众多影响因素融入一个模型中.水平井压裂实例表明,该本构关系揭示了水力压裂和效果评价的各主要力学特征、机制和影响因素,可以反映断裂传播机制(黏性-储存主导机制和黏性-滤失主导机制)、压裂液(水、液态CO_(2)、超临界CO_(2)和N2)以及流量对体积张开度和应力扰动的影响,为建立压裂效果调控机制:流体载荷-体积张开度-应力扰动-长效导流机制,奠定了关键理论基础. 展开更多
关键词 水力压裂 体积张开度 应力扰动 本构关系 效果调控
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厚硬岩层结构调控低损开采方法及机理研究
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作者 张玉军 肖杰 +1 位作者 李嘉伟 李友伟 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期30-42,共13页
为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性... 为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积;受采动结构特征影响,直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律,提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶,降低厚硬基本顶采动破坏块度,使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏,实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构,增大采动破坏岩层体积膨胀量,降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。 展开更多
关键词 低损开采 岩层控制 水力压裂 覆岩结构调控 采动岩层膨胀
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坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响 被引量:2
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作者 赵常辛 李晓旭 +2 位作者 石蒙 冀瑞锋 张焱 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第1期147-154,共8页
针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运... 针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制。研究结果表明:“低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁”破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5%,两帮变形量减小87.1%,临空巷道围岩稳定性得到极大提高。 展开更多
关键词 综放工作面 留煤柱护巷 临空巷道 围岩变形控制 切顶卸压 水力压裂
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淮南矿区煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究
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作者 陈本良 袁亮 +5 位作者 薛生 降文萍 杨科 周韬 李丹丹 吴静 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期155-163,共9页
淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,... 淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,结果显示三向应力场类型主要为σ_(h,max)>σ_(v)>σ_(h,min),具有实施顶板分段压裂水平井技术的充分条件;利用MFrac Suite软件分别模拟了水平段距离煤层1、3、5 m时的压裂缝参数,压裂缝半长最大107.33 m、最小89.47 m,具有理想的压裂效果,说明顶板分段压裂水平井在淮南矿区具有比较好的地质适应性与可行性。以潘一煤矿13-1煤层“L”型顶板分段压裂水平井CBM01井为研究对象,采用井下钻孔检测与数值模拟等手段综合分析了瓦斯治理效果,结果显示CBM01井抽采415 d即显著降低了煤层瓦斯压力与瓦斯含量,距离水平井50、65 m处瓦斯压力由6.4 MPa分别降至2.6、2.7 MPa,降低幅度均超过55%,水平段两侧各15~20 m范围内瓦斯含量由13.5 m^(3)/t降至最大9.11 m^(3)/t、最小6.92 m^(3)/t,平均7.92 m^(3)/t,约10 m范围均降至8 m^(3)/t以下。最后,采用数值模拟方法预测了CBM01井抽采10 a的产气效果及瓦斯治理效果,气井抽采10 a累计产气约272.08×10^(4)m^(3),水平段倾向单侧约150 m范围内气含量均降至8 m^(3)/t以下、压力均降至3 MPa以下。综合研究结果表明,煤层顶板分段压裂水平井技术在淮南矿区瓦斯治理方面均具有较大的优势和应用效果。 展开更多
关键词 淮南矿区 分段压裂 水平井 抽采效果 瓦斯治理 检测钻孔
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煤矿井下水力压裂自动控制系统设计 被引量:1
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作者 刘波 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第3期6-13,共8页
分析指出目前煤矿井下水力压裂技术面临压裂泵输出压力和流量无法快速精确调节、远程安全监控效果及自动化水平有待提高等难题。设计了一种煤矿井下水力压裂自动控制系统。根据煤矿井下水力压裂工艺及系统构成,明确了控制系统关键技术... 分析指出目前煤矿井下水力压裂技术面临压裂泵输出压力和流量无法快速精确调节、远程安全监控效果及自动化水平有待提高等难题。设计了一种煤矿井下水力压裂自动控制系统。根据煤矿井下水力压裂工艺及系统构成,明确了控制系统关键技术为高压大流量压裂泵输出流量和压力的快速精确调节,远程高可靠性安全、高速实时监控,一键启停及图形化分析等。以KXH12本安型控制器为核心,搭配变频器、组合开关、监控主机、电动开度球阀等设备,以及光纤加CAN总线的双线冗余通信方案,研发了控制系统硬件,并编制了压裂泵控制器、水箱控制器及中央控制器软件,实现了压裂系统快速变流量注水、稳定保压及远程高速实时监控和报警等功能。在煤矿现场对水力压裂自动控制系统进行工业性试验,结果表明该系统压力控制精度为0.1 MPa,流量控制精度为0.1 m3/h,在连续完成14次压裂过程中,每次煤岩层开裂后均能实现较好的保压效果,且操作简单,安全性高,满足煤矿井下水力压裂工艺要求。 展开更多
关键词 矿井水力压裂 压裂流量控制 压裂压力控制 远程自动控制 变频电力驱动
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煤矿覆岩主控致灾层位危险识别及现场应用
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作者 马玉镇 朱斯陶 +6 位作者 潘俊锋 高永涛 张修峰 姜福兴 刘金海 王冰 陈洋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2589-2603,共15页
针对煤矿地面水力压裂技术施工中工作面覆岩主控致灾层位难以准确辨识的难题,以孟村煤矿401102工作面地面水力压裂工业试验为背景,采用理论分析、微震监测、现场调研等方法,揭示了煤矿厚硬覆岩运动诱发矿震和冲击地压的动力灾害机理,分... 针对煤矿地面水力压裂技术施工中工作面覆岩主控致灾层位难以准确辨识的难题,以孟村煤矿401102工作面地面水力压裂工业试验为背景,采用理论分析、微震监测、现场调研等方法,揭示了煤矿厚硬覆岩运动诱发矿震和冲击地压的动力灾害机理,分析了基于载荷三带理论的厚硬覆岩分区运动特征与诱发动力灾害之间的关系,建立了基于关键层运动状态的矿震能量预测模型与采场等效附加应力估算模型,提出了基于K-means聚类算法和肘部法则的煤矿覆岩主控致灾层位识别技术方法,确定了现场压裂施工层位并进行工业试验,根据现场微震监测数据及理论分析结果进行了效果验证,得到结论如下:孟村煤矿401102工作面致冲关键层及矿震关键层均为距离煤层66 m的安定组关键层R9,其初次破断运动采场等效附加扰动应力理论值为7.23 MPa,初次破断运动释放矿震能量理论值为6.08×105 J,致灾危险性较强;震−冲关键层压裂后,矿震能量理论值降幅94%,采场等效附加扰动应力理论值降幅76%,工作面上方5×10^(3)J大能量微震事件出现明显上移趋势,上移量约为15 m;10^(3)J及以上能级微震事件频次占比显著下降,由60.39%降至17.89%,最大微震事件能量由6.65×10^(5)J降至9.75×10^(3)J;10^(2)J及以下能级微震事件频次占比显著上升,由39.61%增至82.11%。 展开更多
关键词 地面水力压裂 冲击地压 矿震 覆岩主控致灾层位 识别方法
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2.5维频率域可控源电磁法水力压裂监测正演模拟
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作者 余胜红 唐新功 熊治涛 《石油物探》 CSCD 北大核心 2024年第1期238-253,共16页
水力压裂技术在非常规油气资源开采过程中发挥着重要作用,水力压裂监测对指导生产具有重要意义。目前广泛应用的微地震监测不能准确获得水力压裂的有效压裂体积参数,而电磁法对低阻体反应灵敏,可以用来监测裂缝的空间特征和扩展范围。... 水力压裂技术在非常规油气资源开采过程中发挥着重要作用,水力压裂监测对指导生产具有重要意义。目前广泛应用的微地震监测不能准确获得水力压裂的有效压裂体积参数,而电磁法对低阻体反应灵敏,可以用来监测裂缝的空间特征和扩展范围。采用频率域可控源电磁法(CSAMT)对水力压裂模型进行了正演数值模拟,详细推导了2.5维CSAMT有限元计算方程并实现了正演数值算法。通过数值解与解析解的对比,验证了算法的可靠性。分别对发射源靠近井口和发射源远离井口两个水力压裂模型进行了数值模拟。为了考察压裂前、后的相对变化,分别求取了各压裂段与仅含套管时的视电阻率相对差异和相邻两个压裂段的视电阻率相对差异。研究结果表明,随着压裂进程的持续,视电阻率的相对差异曲线的极值会朝着裂缝新生成的方向发生偏移,其移动的范围与裂缝的位置具有良好的对应关系,故可以根据视电阻率的相对差异曲线极值的位置对裂缝进行大致定位。根据对视电阻率残差拟断面图的分析可知,在裂缝所对应的位置处,视电阻率产生了足够大的残差数值,虽然由于场源的影响,异常区域的中心与裂缝的中心位置并不一一对应,而是稍微偏向裂缝远离场源一侧的方向,但是可以根据相邻两个压裂段的视电阻率残差结果对裂缝的位置进行初步定位。研究结果表明,频率域可控源电磁法对于水力压裂的裂缝定位是可行的,可以为水力压裂电磁法动态监测提供理论方法和技术支持。 展开更多
关键词 频率域 可控源电磁法 水力压裂 压裂监测 正演模拟 裂缝
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超高与超长工作面高效综采关键技术及装备发展现状与展望
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作者 李明忠 赵文革 +8 位作者 闫汝瑜 王家臣 雷亚军 杨征 韩会军 张金虎 冯彦军 张德生 黄志增 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期199-209,共11页
煤炭作为我国经济发展的重要能源支撑,未来一段时间内,其在能源消费中仍将保持主导地位,随着相关技术装备的不断发展,我国部分矿井已实现单井单面产量突破千万吨,煤炭资源安全高效开发是我国未来科技发展的重要方向。依托国家重点研发... 煤炭作为我国经济发展的重要能源支撑,未来一段时间内,其在能源消费中仍将保持主导地位,随着相关技术装备的不断发展,我国部分矿井已实现单井单面产量突破千万吨,煤炭资源安全高效开发是我国未来科技发展的重要方向。依托国家重点研发计划项目“煤矿超高与超长工作面高效综采关键技术及装备”,以超高与超长工作面高效开采为核心,介绍了国内外超高与超长高效综采工作面的岩层控制理论、技术与综采装备发展现状,围绕“超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理”“超大开采空间强矿压覆岩结构改造及其应力调控机理”“多重动载作用下超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制”三大科学问题,开展“超大开采空间全覆岩破断运移机理及围岩协同控制理论”“超大开采空间强矿压区域压裂卸压技术与装备”“超高与超长工作面智能开采成套装备”“超高与超长工作面装备群智能协同控制技术与装备”“超高与超长工作面高效综采工程示范”5项技术攻关。实践表明,我国部分超高与超长采煤工作面已形成成套技术及装备体系,为我国地质条件较为简单的厚煤层及中厚煤层矿区煤炭资源的安全、高效、绿色开采提供了可靠保障。指出了我国超高与超长高效综采工作面理论技术与装备及其控制的发展方向。 展开更多
关键词 超大采高工作面 超长工作面 矿山压力与岩层控制 水力压裂 智能开采成套装备
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煤矿井下水力压裂远程测控系统研发
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作者 冯彦军 任建超 王鹏 《煤矿机械》 2024年第7期207-209,共3页
煤矿井下水力压裂需要大量工人在井下作业,面临着瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等安全风险,以及强噪声及扬尘污染等健康风险,而水力压裂远程测控可有效解决此问题。提出了一种煤矿井下水力压裂远程测控系统,可在地表遥控井下水力压裂的启停及... 煤矿井下水力压裂需要大量工人在井下作业,面临着瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等安全风险,以及强噪声及扬尘污染等健康风险,而水力压裂远程测控可有效解决此问题。提出了一种煤矿井下水力压裂远程测控系统,可在地表遥控井下水力压裂的启停及压裂参数等。对该系统的结构组成、硬件电路及软件编程进行了详细的叙述,并在某压裂工作面进行了试验,验证了该系统的远程控制及测量功能,为煤矿压裂施工自动化及智能化的研究提供了一定的借鉴。 展开更多
关键词 煤矿井下 水力压裂 远程控制 煤矿安全
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煤岩层分段水力压裂裂缝扩展与应力演化特征实验研究
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作者 马兴莹 成小雨 程成 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第9期47-53,共7页
随着我国煤层开采深度不断增加,由于煤层低渗透性导致的瓦斯抽采效率问题愈发严重,常规的瓦斯抽采措施已经不能满足现状。结合煤层瓦斯地质赋存条件和定向钻进技术特点,开展了分段水力压裂煤层增透技术,可有效解决上述问题,其关键在于... 随着我国煤层开采深度不断增加,由于煤层低渗透性导致的瓦斯抽采效率问题愈发严重,常规的瓦斯抽采措施已经不能满足现状。结合煤层瓦斯地质赋存条件和定向钻进技术特点,开展了分段水力压裂煤层增透技术,可有效解决上述问题,其关键在于水力压裂在岩层中所产生的新生裂缝能否顺利进入煤层并提供瓦斯抽采通道。该研究以沁水煤田某矿煤层顶板特征为背景,开展了地应力差、煤岩界面和泵注排量条件下的分段水力压裂实验,分析了分段水力压裂过程中试样生成裂缝发育规律及应力变化规律。研究结果表明:分段水力压裂过程中,第二段压裂效果受到第一段压裂所产生的裂缝影响,且泵注排量的增加会显著提高新生裂缝的发育扩展及连通度,有效改善了煤层透气性;整个压裂过程中应力变化曲线可以分为Ⅰ憋压阶段、Ⅱ裂缝扩展阶段、Ⅲ应力恢复阶段,其煤岩界面强度越高,越有利于岩层中新生裂缝扩展到煤层中。研究揭示了在地应力、煤岩界面和泵注排量影响下分段水力压裂过程中诱导应力的作用规律和裂缝扩展机制,实验结果对分段水力压裂煤岩层增透机理及其施工工艺参数设计具有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 瓦斯灾害防治 分段水力压裂 裂缝扩展 应力特性 煤层渗透性
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坚硬顶板强矿压动力灾害超前区域控制技术研究
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作者 郑凯歌 王林涛 王永福 《中国煤炭》 北大核心 2024年第4期36-45,共10页
厚层坚硬顶板条件下大采高综放工作面采场矿压显现强烈,极易引发冲击地压、矿震等灾害。为掌握坚硬顶板大采高综放开采条件下覆岩破断演化规律,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,揭示了坚硬顶板岩层呈现大“悬臂梁”形式垮落及... 厚层坚硬顶板条件下大采高综放工作面采场矿压显现强烈,极易引发冲击地压、矿震等灾害。为掌握坚硬顶板大采高综放开采条件下覆岩破断演化规律,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,揭示了坚硬顶板岩层呈现大“悬臂梁”形式垮落及破断冲击能致灾机理,并提出了坚硬顶板分段压裂超前弱化解危技术。研究表明:低位坚硬岩层在覆岩运移过程中常以“悬臂梁”结构出现,该结构不易垮落,进而导致能量积聚,引发矿压动力灾害。而在水力压裂超前弱化技术治理后,顶板垮落步距显著减小,平均降幅54%,来压强度降幅21.67%,且有效改变了低位坚硬顶板破碎程度,扩大了工作面垮落带范围,增加了采空区矸石充填程度,达到了顶板结构改造及动力灾害有效控制的目的。 展开更多
关键词 坚硬顶板 强矿压 致灾机理 分段水力压裂 控制机理
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厚硬顶板水力压裂弱化和精准控制技术研究
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作者 巩健 《煤》 2024年第9期15-18,共4页
针对厚硬顶板易悬顶难破断导致工作面矿压显现剧烈问题,以神辉煤业灰岩顶板为对象,采用理论分析、数值模拟和现场应用方法,研究厚硬顶板水力弱化机理和效果模拟、高压水小孔径预裂关键参数和技术。研究结论如下:高压水沿预割导向裂缝扩... 针对厚硬顶板易悬顶难破断导致工作面矿压显现剧烈问题,以神辉煤业灰岩顶板为对象,采用理论分析、数值模拟和现场应用方法,研究厚硬顶板水力弱化机理和效果模拟、高压水小孔径预裂关键参数和技术。研究结论如下:高压水沿预割导向裂缝扩展将厚硬岩层裂化为分层和小块体,及时垮落充填于采空区,切断应力传递路径、减小作用载荷,从而实现精准控制;确定了致裂高度、层位、泵站压力和钻孔参数等关键参数和工艺,工业性应用后顶板悬顶长度由10~30 m减为5 m、出现及时垮落充填,成功实现了神辉煤业厚硬顶板的有效控制。 展开更多
关键词 硬厚顶板 水压致裂 弱化机理 精准控制 控制效果
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竹林山煤业大断面松软煤层临空动压巷道支—卸协同控制技术实践
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作者 安宏图 李志 《晋控科学技术》 2024年第3期17-20,共4页
山西阳城阳泰集团竹林山煤业有限公司回采巷道采用双巷布置,沿底板掘进,煤层节理裂隙发育,整体强度低。其中的一条巷道为临空留巷巷道,在本工作面采动影响下,巷道围岩出现大变形,无法满足下一个工作面回采的断面要求,不得不进行扩刷返... 山西阳城阳泰集团竹林山煤业有限公司回采巷道采用双巷布置,沿底板掘进,煤层节理裂隙发育,整体强度低。其中的一条巷道为临空留巷巷道,在本工作面采动影响下,巷道围岩出现大变形,无法满足下一个工作面回采的断面要求,不得不进行扩刷返修。对该矿1406运输顺槽(临空巷道)受采动影响期间围岩大变形机理进行了分析,提出了“高强螺纹钢锚杆+高强锚索+钢筋梯子梁+金属网+水力压裂切顶卸压”为核心的大断面松软煤层临空动压巷道支—卸协同控制方案,并应用于1405运输顺槽围岩控制中。现场的巷道矿压监测结果表明,该方案能够有效控制巷道围岩变形,确保工作面回采期间巷道断面的要求。 展开更多
关键词 临空动压巷道 水力压裂 围岩控制 支护参数
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巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案研究
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作者 刘宝振 许博 《陕西煤炭》 2024年第7期99-104,112,共7页
针对雅店煤矿深部高应力地质条件下巷道围岩大变形难题,以雅店煤矿ZF1407工作面为工程背景,分析得出巷道围岩大变形的主要因素为高应力作用、巷道掘进和回采影响。提出巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案,方案采用浅部高强度锚杆索支... 针对雅店煤矿深部高应力地质条件下巷道围岩大变形难题,以雅店煤矿ZF1407工作面为工程背景,分析得出巷道围岩大变形的主要因素为高应力作用、巷道掘进和回采影响。提出巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案,方案采用浅部高强度锚杆索支护、深部压裂卸压及破碎围岩注浆加固协同控制的方法,并进行理论论证和现场设计实践,通过观测方案实施后井下围岩情况与矿压监测情况。监测结果表明,方案实施后巷道变形量减小,工作面来压稳定,锚杆、支架受力情况得到明显改善。巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案可以有效解决雅店煤矿深部复杂困难条件下的巷道支护问题,保证巷道支护安全稳定。 展开更多
关键词 围岩协同控制 锚杆支护 注浆改性 水力压裂卸压
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