高水平地应力下自然崩落法底部结构灾变机理

为研究高水平地应力下自然崩落法拉底推进过程中底部结构应力演化规律,揭示底部结构地压灾害特征产生的机理,从而指导高水平地应力下自然崩落法生产.根据矿山实际工程参数和物理参数,采用有限差分软件FLAC3D建立了数值仿真模型,计算采用Mohr-Coulomb破坏准则.模拟过程按照后退式拉底方式,先形成底部结构,然后拉底分3步进行,分别监测并分析了每步拉底之后的底部结构应力状态,并与现场地压灾害发生实际情况进行了对比,研究结果与现场地压灾害演变规律具有一致性.结果表明:随着拉底爆破的推进,推进线前方的底部结构逐渐产生压应力集中,当压应力增大到超过岩体剪切破坏条件,就会发生地压破坏现象;位于拉底层下方的底部结构呈现拉应力集中,当拉应力增大到超过岩体拉伸破坏条件,就会再次发生地压破坏现象;在高水平地应力下,自然崩落法底部结构会呈现“先受压,后受拉”应力规律,随着拉底面积的增加,压应力和拉应力集中程度越来越明显,在实际生产中呈现底部结构反复来压的现象.

高水平地应力煤巷的锚杆复合支护技术

为了解决车集煤矿深部采区煤巷支护难问题,确保安全,提出了以提高安装的锚杆预紧力为核心的锚杆设计思路,在高水平地应力下,深部采区沿空掘巷内复合锚杆加固技术与参数。结果表明,通过加强锚杆锚索安装时的预紧力,加强巷道帮部支护,显著提高了巷道支护质量。

燃爆诱导水力压裂多裂缝耦合起裂规律

为了明确多相位裂缝组合下的应力干扰作用及其对后续水力压裂裂缝起裂压力的影响,基于原有预存单条诱导裂缝的应力场计算模型建立预存多条诱导裂缝的耦合应力场计算模型,分析诱导应力影响下的井周周向应力场变化规律,再结合断裂力学判据计算后续水力压裂预存裂缝的起裂压力,并对预存裂缝长度、相位、水平主应力差异系数及预存裂缝条数等4个因素对预存裂缝起裂压力的影响进行了分析。研究结果表明:(1)预存裂缝后近裂缝区域周向应力差明显增大,甚至出现水平主应力反转;(2)随新增预存裂缝长度增加,原预存裂缝起裂压力先增后降,在新增预存裂缝长度增加到原预存裂缝长度时,原预存裂缝起裂压力迅速降低,而后下降趋势变平缓;(3)高相位裂缝的起裂压力大于低相位裂缝的起裂压力;(4)随着裂缝条数的增加,新增预存裂缝起裂压力逐渐降低,但起裂压力差减小的趋势不明显;(5)多相位裂缝的应力干扰作用影响裂缝的起裂压力,较长高相位裂缝和较短低相位裂缝均有利于多相位裂缝的同时起裂;(6)多裂缝同步延伸会产生更为复杂的应力干扰作用,激发水力压裂复杂缝网的演化,实现均衡的压裂改造。结论认为,该研究成果可为燃爆诱导压裂射孔相位、诱导裂缝规模及后续水力压裂施工泵压等压裂施工设计提供理论指导。

注液方式对深层页岩裂缝形态影响实验研究

开发深层页岩需要通过对储层进行水力压裂,而注液方式会对压裂效果产生很大的影响。采用真三轴水力压裂实验系统,研究不同的注液方式对深层页岩的裂缝形态的影响规律。实验结果表明:高地应力差下水力裂缝会沿着垂直于最小地应力方向起裂并扩展成横切缝,遇层理或天然裂缝会沟通并形成分支缝;采用先小排量后提升至大排量的注液方式可以开启更多的裂缝;先注入高粘度的压裂液制造主缝,然后替换为低粘度压裂液开启分支缝,形成主缝+分支缝的裂缝形态,有利于提升储层SRV。本实验研究结果可以为深层页岩压裂设计提供参考。