針對煤礦堅硬頂板垮落時易發(fā)生沖擊災害,采用水力壓裂弱化堅硬頂板技術,現(xiàn)有的煤礦水力壓裂技術是在沿鉆孔徑向的平行于巖層層面機械割縫,注高壓水在一定范圍內產生水平定向裂縫,達到降低垮落巖層厚度、減小頂板強度的目的。其缺點是不能在巷道的指定位置按照一定方向斷裂。因此,提出沿鉆孔軸向垂直層面預制裂縫定向壓裂技術。本文以紫砂巖、石灰?guī)r為例,采用理論分析和真三軸物理模擬實驗相結合的方法,對預制裂縫巖石水力壓裂裂縫的起裂和擴展規(guī)律展開研究,主要研究內容和研究結果如下:（1）基于線彈性斷裂力學分析了預制裂縫孔眼壁圍巖應力狀態(tài)并建立了預制裂縫圓孔水力壓裂力學模型,以最大環(huán)向張應力準則為起裂判據(jù),分析了裂縫在地應力場和高壓水作用下的起裂條件和起裂方向,給出了預制裂縫圓孔起裂壓力和起裂角的計算方法。通過理論計算結果與物理實驗結果比較,證明該模型可以較好地預測預制裂縫巖石水力壓裂時的起裂壓力和起裂角。（2）采用真三軸壓裂實驗裝置,研究了不同預制裂縫角對定向壓裂裂縫起裂與擴展延伸的影響規(guī)律。實驗結果表明:預制裂縫長度5mm,水平應力差2MPa時,壓裂裂縫均從預制裂縫尖端處起裂,并受到應力場的影響,逐漸向最大水平... 

【文章來源】：太原理工大學山西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 水力壓裂數(shù)學模型與起裂參數(shù)
        1.2.2 水力壓裂實驗研究現(xiàn)狀
        1.2.3 定向水力壓裂研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的研究內容
    1.4 本文的研究技術路線
第二章 砂巖預制裂縫水力壓裂起裂條件與準則
    2.1 含預制裂縫圓孔應力狀態(tài)分析
    2.2 含預制裂縫圓孔起裂準則
    2.3 本章小結
第三章 預制裂縫角對裂縫起裂與擴展規(guī)律的影響
    3.1 巖石力學參數(shù)的測定
        3.1.1 抗拉強度的測定
        3.1.2 斷裂韌度的測定
    3.2 預制裂縫試件的制備、實驗裝置及方法
        3.2.1 試件制備
        3.2.2 實驗裝置
        3.2.3 實驗方案
        3.2.4 實驗步驟
    3.3 預制裂縫角對裂縫起裂的影響
        3.3.1 不同預制裂縫角壓裂過程中聲發(fā)射的時序特征
        3.3.2 預制裂縫角對起裂壓力與起裂角的影響
    3.4 預制裂縫角對壓裂裂縫形態(tài)與擴展規(guī)律的影響
        3.4.1 預制裂縫角對壓裂裂縫形態(tài)的影響
        3.4.2 預制裂縫角對壓裂裂縫擴展規(guī)律的影響
    3.5 本章小結
第四章 預制裂縫長度對裂縫起裂及擴展規(guī)律的影響
    4.1 不同預制裂縫長度定向壓裂實驗方案
    4.2 預制裂縫長度對裂縫起裂的影響
        4.2.1 不同預制裂縫長度壓裂過程中聲發(fā)射時序特征
        4.2.2 預制裂縫長度對起裂壓力與起裂角的影響規(guī)律
    4.3 預制裂縫長度對壓裂裂縫形態(tài)與擴展規(guī)律的影響
        4.3.1 預制裂縫長度對壓裂裂縫形態(tài)的影響
        4.3.2 預制裂縫長度對壓裂裂縫擴展規(guī)律的影響
    4.4 本章小結
第五章 不同巖性對裂縫起裂及擴展規(guī)律的影響
    5.1 不同巖性定向壓裂實驗方案
    5.2 不同巖性對裂縫起裂與擴展的影響
        5.2.1 不同巖性對起裂位置的影響
        5.2.2 不同巖性壓裂過程中聲發(fā)射時序特征
        5.2.3 不同巖性對起裂壓力的影響規(guī)律
    5.3 不同巖性對壓裂裂縫形態(tài)與擴展規(guī)律的影響
        5.3.1 不同巖性對壓裂裂縫形態(tài)的影響
        5.3.2 不同巖性對壓裂裂縫擴展規(guī)律的影響
    5.4 不同壓裂參數(shù)對起裂壓力和起裂角的敏感性研究
    5.5 本章小結
第六章 結論和展望
    6.1 結論
    6.2 不足與展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文及參與的科研項目



本文編號：3462059