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定向水力压裂裂隙扩展动态特征分析及其应用 被引量:53
1
作者 徐幼平 林柏泉 +3 位作者 翟成 李贤忠 孙鑫 李全贵 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期104-110,共7页
为减少煤矿井下水力压裂卸压盲区,扩大压裂影响范围,提高卸压增透效果,在分析水力压裂起裂机理和裂隙发展特征的基础上,提出定向水力压裂技术,分析定向水力压裂过程中煤体的裂隙发展分布规律,并利用RFPA2D-Flow软件模拟了压裂的起裂、... 为减少煤矿井下水力压裂卸压盲区,扩大压裂影响范围,提高卸压增透效果,在分析水力压裂起裂机理和裂隙发展特征的基础上,提出定向水力压裂技术,分析定向水力压裂过程中煤体的裂隙发展分布规律,并利用RFPA2D-Flow软件模拟了压裂的起裂、扩展和延伸过程,对定向压裂与非定向压裂的效果进行了比较。最后将定向水力压裂技术在平煤集团十二矿己15-31010工作面进行了现场应用,得出在27 MPa的水压下,单孔压裂有效影响半径达6 m;单孔瓦斯抽放平均浓度较未压裂时提高80%,平均流量上升了382%,取得了显著的效果,具有良好的推广应用价值。 展开更多
关键词 穿层 定向水力压裂 卸压增透 rfpa2d-flow软件 声发射
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水力压裂时煤层缝裂的扩展分析 被引量:81
2
作者 杜春志 茅献彪 卜万奎 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2008年第2期231-234,238,共5页
近年来,水力压裂技术逐渐被应用到煤层气井的压裂施工中.为了深入研究水力压裂时裂缝在煤层中的扩展情况,本文从理论上分析了裂缝壁面的受力状态,根据最大拉应力准则,给出了原级裂隙扩展的力学条件,进而分析了空间壁面裂隙扩展的力学条... 近年来,水力压裂技术逐渐被应用到煤层气井的压裂施工中.为了深入研究水力压裂时裂缝在煤层中的扩展情况,本文从理论上分析了裂缝壁面的受力状态,根据最大拉应力准则,给出了原级裂隙扩展的力学条件,进而分析了空间壁面裂隙扩展的力学条件.在此基础上,利用RF-PA2D-Flow有限元数值软件模拟了高压水作用下煤层裂缝的扩展延伸过程.结果表明:当水压达到理论临界值时,模型中裂缝便向前扩展;当模型中的裂缝转向延伸时,缝端压力完全满足理论分析的空间壁面裂隙延伸条件;通过对裂缝的扩展模拟,再现了裂缝延伸、转向等过程;此法可有效地预测裂缝的长度,为现场煤层压裂提供参考. 展开更多
关键词 水力压裂 裂缝扩展 力学条件 rfpa2d-flow 数值模拟
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非均匀孔隙压力场导向水压裂纹扩展机制 被引量:6
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作者 卢义玉 贾云中 +1 位作者 汤积仁 宋晨鹏 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1028-1033,共6页
为揭示非均匀孔隙压力场对水压裂纹扩展的影响,采用多孔弹性力学、断裂力学、渗流力学和热弹性力学理论,建立了考虑孔隙压力的水压裂纹尖端应力强度因子计算模型,并采用室内实验和RFPA2DFlow数值模拟软件进一步分析了非均匀孔隙压力场... 为揭示非均匀孔隙压力场对水压裂纹扩展的影响,采用多孔弹性力学、断裂力学、渗流力学和热弹性力学理论,建立了考虑孔隙压力的水压裂纹尖端应力强度因子计算模型,并采用室内实验和RFPA2DFlow数值模拟软件进一步分析了非均匀孔隙压力场对水压裂缝扩展的导向机制.研究结果表明:孔隙压力场的存在可以增大水压裂纹尖端的应力强度因子,从而诱导水压裂缝沿高孔隙压力方向扩展;同时,水压裂纹尖端的应力强度因子会随着孔隙压力增大而增大,孔隙压力越大,裂纹的偏转幅度也会越大. 展开更多
关键词 非均匀孔隙压力场 水压裂纹 应力强度因子 裂纹导向 rfpa2d-flow
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瓦斯抽采钻孔破坏过程数值分析 被引量:4
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作者 林井祥 孙广义 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2014年第1期33-36,共4页
从瓦斯抽采过程中钻孔的塌孔卡钻现象出发,结合RFPA2D-Flow模拟结果,分析说明了由于应力集中现象的出现,对钻孔周边煤体中瓦斯渗透率的影响,并根据钻孔周边应力沿孔壁的变化规律得出了瓦斯沿抽放钻孔周边涌出的发展规律.最后,通过对钻... 从瓦斯抽采过程中钻孔的塌孔卡钻现象出发,结合RFPA2D-Flow模拟结果,分析说明了由于应力集中现象的出现,对钻孔周边煤体中瓦斯渗透率的影响,并根据钻孔周边应力沿孔壁的变化规律得出了瓦斯沿抽放钻孔周边涌出的发展规律.最后,通过对钻孔周边应力沿孔壁的变化规律和瓦斯涌出时导致的卸压作用的分析,得出了瓦斯抽放钻孔周边煤岩体的破坏是由上下两侧孔壁首先被拉裂然后导致破坏向左右两侧孔壁逐渐延伸的发展过程. 展开更多
关键词 瓦斯抽放 钻孔破坏 平面应变 数值分析 rfpa2d-flow
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孔间煤体水力压裂增透技术数值模拟研究
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作者 赵亚军 梁阿古拉 《煤炭与化工》 CAS 2016年第6期105-108,111,共5页
对煤矿中埋藏深度大、瓦斯含量高、透气性低的煤层瓦斯抽采问题进行研究,为了提高煤体透气性,加速瓦斯的流动,通过水力压裂的方法对煤体进行破坏,使煤层中产生利于瓦斯流动的的缝隙,同时通过注水提高煤体的塑性。采用RFPA2D-Flow数值模... 对煤矿中埋藏深度大、瓦斯含量高、透气性低的煤层瓦斯抽采问题进行研究,为了提高煤体透气性,加速瓦斯的流动,通过水力压裂的方法对煤体进行破坏,使煤层中产生利于瓦斯流动的的缝隙,同时通过注水提高煤体的塑性。采用RFPA2D-Flow数值模拟的方法,对煤体水力压裂的过程中钻孔周围煤体应力变化、煤体位移变化、钻孔周围水头压力分布等规律做数值模拟分析。结果表明,在无自由孔条件下,当注水压力逐渐增大时,煤体的裂缝扩张范围逐渐变大;在有自由孔的条件下,当注水压力逐渐增大时,钻孔的卸压范围也跟着逐渐增大。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 水力压裂 rfpa2d-flow 数值模拟 自由孔
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裂隙几何特征及围压对岩体渗透特性的影响 被引量:4
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作者 马克 田洪圆 +1 位作者 王振伟 鄂秋乐 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期37-42,共6页
裂隙岩体中不同产状、迹长、裂隙密度等几何特征以及所处应力坏境,使岩体渗透特性存在客观各向异性。利用裂隙几何特征生成裂隙网络模型,基于RFPA2D-Flow软件模拟计算不同尺寸、不同方向上等效渗透系数,探讨裂隙的密度、倾角、迹长以及... 裂隙岩体中不同产状、迹长、裂隙密度等几何特征以及所处应力坏境,使岩体渗透特性存在客观各向异性。利用裂隙几何特征生成裂隙网络模型,基于RFPA2D-Flow软件模拟计算不同尺寸、不同方向上等效渗透系数,探讨裂隙的密度、倾角、迹长以及围压对岩体的渗透主值、渗透张量的影响。结果表明:①裂隙密度和裂隙迹长对渗透主值有影响,但对渗透主方向无影响,随密度或者迹长的增大,渗透主值增大;②裂隙倾角对渗透主值影响较小,对渗透主方向有直接影响,渗透主方向近似位于2组裂隙夹角的平分线上;③随着围压增大,渗透主值逐渐减小;④等压条件下,围压对渗透主方向无影响,不等压条件下,渗透主方向随着围压的变化而变化。 展开更多
关键词 裂隙几何特征 围压 渗透张量 rfpa2d-flow软件
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东沟煤矿143工作面端头悬顶水压预裂试验 被引量:3
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作者 刘庆林 刘文岗 +3 位作者 余杰 董浩 吴越 张沛 《陕西煤炭》 2020年第5期1-6,共6页
针对新疆东沟煤矿低渗透高瓦斯B4-2煤层143综采面端头悬顶坚硬难垮、悬顶面积过大、上隅角瓦斯涌出异常等问题,开展了工作面端头悬顶水压预裂技术现场试验研究。试验表明端头悬顶走向长度从27~30 m降为5~8 m,倾向宽度从10~15 m降为2~5 m... 针对新疆东沟煤矿低渗透高瓦斯B4-2煤层143综采面端头悬顶坚硬难垮、悬顶面积过大、上隅角瓦斯涌出异常等问题,开展了工作面端头悬顶水压预裂技术现场试验研究。试验表明端头悬顶走向长度从27~30 m降为5~8 m,倾向宽度从10~15 m降为2~5 m;工作面上隅角瓦斯控制在0.3%左右,达到安全管理要求。应用RFPA2D-Flow数值计算软件,建立了钻孔水压预裂模型,数值模拟表明当注水压力达到24 MPa时,岩层开始起裂,随后压裂裂隙向岩体深部呈“十字”型扩展,在压裂结束后,裂隙延伸扩展长度可达到7~10 m左右;水压预裂影响范围半径可达10 m。 展开更多
关键词 端头悬顶 rfpa2d-flow 水压预裂 注水压力 压裂时间
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Weakening effects of hydraulic fracture in hard roof under the influence of stress arch 被引量:13
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作者 Xia Binwei Zhang Xuan +1 位作者 Yu Bin Jia Jinlong 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2018年第6期951-958,共8页
For the problem of hydraulic fracture propagation when weakening the hard roof in fully mechanized top-coal caving stope of ultra-thick coal seam, based on the stress arch theory and the fracture mechanics, a two-dime... For the problem of hydraulic fracture propagation when weakening the hard roof in fully mechanized top-coal caving stope of ultra-thick coal seam, based on the stress arch theory and the fracture mechanics, a two-dimensional model for hydraulic fracture of the roof in the stope was established to investigate the propagation laws of hydraulic fracture. The result shows that, after mining, the principal stress direction of overlaying rock deflects to form the stress arch, whose arrow height and arch thickness increase with the increase of the mining width and the side pressure coefficient. Within the influence range of stress arch, the hydraulic fracture in hard roof deflects towards the stope direction in the course of propagation and forms the ‘‘arch" fracture, which cuts off the roof below the fracture in a laminated way. The deflection angle of hydraulic fracture increases with the increase of the mining width, but decreases with the increase of the side pressure coefficient and the fractured horizon. This research can provide theoretical basis for the application of hydraulic fracturing method in the stope roof weakening. 展开更多
关键词 Hydraulic FRACTURING HARD ROOF Stress ARCH Fracture DEFLECTION Propagation rfpa2d-flow
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水力压裂卸压增透技术数值研究及应用
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作者 田紫微 孙臣 《内蒙古煤炭经济》 2017年第22期141-142,153,共3页
对于单一低透气性突出煤层,增大煤体透气性,提高瓦斯抽采效果是实现快速安全生产的关键。本文采用数值模拟的方法对水力压裂过程中的煤体裂隙扩展延伸和煤体渗透特性进行了研究,并在绿水洞煤矿K1煤层3102工作面开展现场试验。试验结果表... 对于单一低透气性突出煤层,增大煤体透气性,提高瓦斯抽采效果是实现快速安全生产的关键。本文采用数值模拟的方法对水力压裂过程中的煤体裂隙扩展延伸和煤体渗透特性进行了研究,并在绿水洞煤矿K1煤层3102工作面开展现场试验。试验结果表明,采用水力压裂技术措施后,钻孔瓦斯抽采纯流量增大了15倍;压裂钻孔周围煤层的瓦斯压力和瓦斯含量均降低至临界值以下。 展开更多
关键词 水力压裂 卸压增透 裂隙扩展 抽采纯量 rfpa2d-flow
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立井揭高瓦斯深埋煤层围岩力学特性数值模拟研究 被引量:5
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作者 张春华 刘泽功 +2 位作者 刘健 蔡峰 徐涛 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2010年第7期8-11,共4页
为从细观结构层次上研究立井揭穿高瓦斯深埋煤层时围岩的力学特性,利用基于含瓦斯煤岩破裂过程固-气耦合动力学模型开发的RFPA2D-Flow软件,对立井揭煤时围岩的应力演变,瓦斯压力梯度场发展,瓦斯运移规律进行了数值模拟研究,对揭煤时煤... 为从细观结构层次上研究立井揭穿高瓦斯深埋煤层时围岩的力学特性,利用基于含瓦斯煤岩破裂过程固-气耦合动力学模型开发的RFPA2D-Flow软件,对立井揭煤时围岩的应力演变,瓦斯压力梯度场发展,瓦斯运移规律进行了数值模拟研究,对揭煤时煤与瓦斯突出过程从细观上进行了再现。数值模拟结果表明高地应力、高瓦斯含量和梯度、较厚的松软煤体综合影响立井揭穿高瓦斯深埋煤层时的力学特性并增加了煤与瓦斯突出的危险性。 展开更多
关键词 立井 深埋 煤与瓦斯突出 rfpa2d-flow 数值模拟
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两向加卸载含瓦斯煤变形破裂数值模拟研究
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作者 宋爽 秦波涛 +1 位作者 刘杰 王笑然 《煤矿安全》 北大核心 2017年第12期28-32,共5页
为了模拟煤矿工作面前方应力变化时含瓦斯煤体的力学特性,应用RFPA^(2D)-Flow软件模拟研究了轴向加载-横向卸载作用下含瓦斯煤的变形破裂规律,讨论了初始围压、轴压和卸载速率效应对试样变形破坏的影响。研究结果表明:在加载和卸载方向... 为了模拟煤矿工作面前方应力变化时含瓦斯煤体的力学特性,应用RFPA^(2D)-Flow软件模拟研究了轴向加载-横向卸载作用下含瓦斯煤的变形破裂规律,讨论了初始围压、轴压和卸载速率效应对试样变形破坏的影响。研究结果表明:在加载和卸载方向,轴向应力和横向应力初期都呈线性增加,当达到极限强度后煤体的变形破裂导致急剧的应力降,直至煤样失去承载能力时基本保持恒定。初始围压、轴压越大,卸载速率越小,煤体的极限抗压、拉强度及其对应的轴向、横向应变越大;峰值强度及应变与初始围压、轴压呈明显的线性相关性,而与卸载速率表现出阶梯状,随着卸载速率的增加极限强度及应变减小速率逐渐降低。 展开更多
关键词 轴向加载-横向卸载 含瓦斯煤 rfpa2d-flow 初始围压 初始轴压 卸载速率
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