一种用于水压致裂试验的水压供给装置研制及应用

为研究水压致裂过程中水力裂缝的起裂、扩展规律及机制,研制了一种新型水压供给控制装置。该装置由水泵、增压泵、空气压缩机和导水钢垫板等组成。该装置的主要特点是易于与目前广泛存在的压力伺服机相配合,共同完成水压致裂试验,具有操作简便、效率高、成本低、组装方便等优点,使水压致裂试验更易大面积推广。利用该试验装置对类岩石试块进行了水压致裂试验,研究了不同围压下含预置裂隙试件的水力裂缝扩展规律,并与无预置裂隙试件水力裂缝扩展规律进行了对比。试验结果表明,对于含预置裂隙试块,当水平应力差较小时,预置裂隙裂尖对水力裂缝扩展影响较大,水力裂缝起裂后向预置裂隙裂尖方向扩展;随着水平应力差的增大,水力裂缝向最大水平应力方向偏转。试验证明该装置可靠性高,试验过程稳定。该研究对水压致裂试验具有促进意义。

坚硬顶板切顶卸压围岩变形规律研究

为了进一步揭示坚硬顶板超前切顶卸压轨道下山的变形规律和保安煤柱的应力分布特征,以潞宁煤矿22115工作面开采为工程背景,利用相似材料模拟和现场实验,分析了坚硬顶板切顶轨道下山变形规律。结果表明:切顶可使采空区坚硬顶板在剪应力作用下沿着预制裂隙垮落,缩短悬顶长度,切断应力传递途径,有效缓解了保安煤柱承担的载荷。现场实践效果较好,巷道顶底板移近量约为320 mm,两帮移近量约为245 mm;切顶卸压技术是高应力坚硬顶板大变形巷道围岩控制有效途径之一。

一种用于水力裂缝扩展数值计算的材料断裂能反演方法与应用

为研究预置裂纹对水力裂缝扩展行为的影响,利用基于扩展有限元法的虚拟裂纹闭合技术计算能量释放率,借鉴PFC参数标定的思想,提出一种依据水压与裂尖能量释放率的关系反演材料断裂能的方法.将此方法计算出的断裂能作为材料参数,得到的起裂水压模拟值,与相关文献及水力压裂试验值对比,误差均不超过7%,证明了方法的可靠性.在此基础上研究水压注入预置裂纹时水力裂缝的力学行为,采用最大能量释放率准则,分析了围压应力和预置裂纹初始倾角对水力裂纹起裂与扩展的影响.结果表明,对于类岩石内斜裂纹,在水压作用下发生拉剪破坏,水力裂纹朝向裂纹前端拉应力等值线距离裂纹尖端最近的方向进行扩展,该方向径向切应力为0;相比于地应力,预置裂纹倾角对水力裂纹起裂水压力的影响较大,因此应主要通过改变注射角或者选择45°~60°的天然弱面进行压裂,从而降低工程成本.