發(fā)布時間：2020-11-19 02:00

　　 回采工作面雙巷、多巷布置中的留巷,受相鄰工作面和本工作面二次采動影響,采動影響強烈,維護時間長,巷道變形強烈,支護難度大。本論文針對留巷變形與破壞特點,以潞安余吾煤業(yè)工作面雙巷布置中的留巷為工程背景,提出一種控制留巷變形的新方法—定向水力壓裂留巷卸壓技術(shù)。采用理論分析、數(shù)值模擬、實驗室試驗及井下試驗相結(jié)合的方法,開展了留巷定向水力壓裂卸壓機理及應(yīng)用研究。論文研究內(nèi)容包括四個方面:(1)理論分析了留巷定向水力壓裂卸壓機理及適用條件;(2)數(shù)值模擬研究了定向水力壓裂裂隙擴展規(guī)律及主要影響因素;(3)室內(nèi)真三軸水力壓裂試驗揭示了地應(yīng)力和層理方向?qū)Χㄏ蛩�力壓裂裂紋擴展方向及形態(tài)的影響規(guī)律;(4)開展了定向水力壓裂留巷卸壓井下試驗和綜合監(jiān)測。通過論文研究,取得以下主要結(jié)論:(1)回采工作面雙巷布置留巷大變形的主要原因是,在已采工作面后方,上部堅硬厚頂板難以及時跨落而形成懸頂,引起煤柱承受過大的支承壓力,致使留巷受力惡化。定向水力壓裂卸壓機理是采用水力壓裂消除或減弱堅硬頂板形成的懸頂效應(yīng),改變應(yīng)力轉(zhuǎn)移和分配比例,改善留巷受力狀態(tài)。(2)影響留巷卸壓效果的主要因素是煤柱上方堅硬頂板的懸頂效應(yīng)。堅硬頂板厚度或懸臂區(qū)面積越大,懸頂效應(yīng)越強,回采后留巷變形越大,破壞也越嚴(yán)重。同時,懸頂效應(yīng)越強,采用水力壓裂卸壓后,留巷變形減少幅度越大,卸壓效果也越明顯。(3)主應(yīng)力差值和巖體的拉伸強度是決定水力壓裂破裂壓力的兩個主要因素。最小主應(yīng)力提高或主應(yīng)力差值減小,所需要的壓裂壓力相應(yīng)提高;巖體拉伸強度提高,所需要的壓裂壓力相應(yīng)提高。(4)水力壓裂裂隙在鉆孔未切槽時,最小主應(yīng)力對裂隙擴展方向具有控制作用。鉆孔橫向切槽是形成定向水力壓裂裂隙的有效方法。主應(yīng)力差值符合一定條件,在鉆孔壁上橫向切槽,可以在切槽方向形成水力壓裂裂隙面,最小主應(yīng)力對水力壓裂裂隙的擴展方向不再具有控制作用;切槽方向與最小主應(yīng)力的夾角增加或者主應(yīng)力差值減少,有利于增強切槽對裂隙面擴展的控制作用。(5)預(yù)制切槽的大尺寸砂巖試樣在高地應(yīng)力差、水平層理方案下切槽附近的裂紋沿著切槽方向擴展形成非常明顯的主裂縫,裂紋尺度和延伸距離較大,且出現(xiàn)多條裂縫與原生結(jié)構(gòu)面交匯,形成較為復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò),切槽效果比較明顯;在低地應(yīng)力差和豎直層理方向方案下微裂紋數(shù)量較多,沒有明顯的主裂縫,且方向多樣,切槽效果不太明顯。而且,無論在哪種試驗方案下,裂紋最終在試樣空間形成的主裂縫方向均與最大水平主應(yīng)力方向一致,切槽可控制切槽附近裂紋擴展的方向,距離切槽較遠(yuǎn)的裂紋擴展方向垂直于最小水平主應(yīng)力。(6)在余吾煤業(yè)井下開展定向水力壓裂卸壓試驗,綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:水力壓裂卸壓后,留巷頂?shù)装逡平�量降�?0%,兩幫移近量降低30%。井下試驗不僅取得較好的卸壓效果,而且驗證了理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。
【學(xué)位單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD353
【部分圖文】：

以其提出者和主要改進者的姓名首字母壓裂液的一維滲漏模型[77]，該模型給出面向外滲漏的計算方法，即 Carter 方程。重要基礎(chǔ)。裂隙擴展?jié)B漏模型是根據(jù)質(zhì)應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹严稊U展體積與滲漏體積之和。，裂隙面在垂直方向擴展范圍遠(yuǎn)大于水應(yīng)變問題來處理。KGD 模型中，裂隙的和長度方向的擴展。KGD 模型如圖 1.12型，裂隙面在水平方向擴展范圍遠(yuǎn)大于面應(yīng)變問題來處理。PKN 模型中，裂隙定的，需要計算的是裂隙的寬度和長度。L

圖 2.5 懸臂梁微元體受彎矩作用acting on the infinitessimal eleme如下：( )=( )為懸臂梁慣性矩， = ，橫坐標(biāo) 的函數(shù)，可以表示為( ) = bT + 存在如下微分關(guān)系：=( )，得到=( )與撓曲曲線的微分關(guān)系與截

梁的撓曲曲線可用y = f(x)表示兩端發(fā)生相對剪切變形dτ。微元γ = k 形dτ與剪應(yīng)變的關(guān)系如下：dτ = γdx 標(biāo)x處，由剪切變形引起的撓度為dτ = γdx 為：( ) = ( ) 引起的撓度函數(shù)為：y = (2 ) = (2
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2889529