高压水载荷下煤体裂缝的起裂判据及延展规律

《高压水载荷下煤体裂缝的起裂判据及延展规律》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第33卷第7期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）2014年7月Vol.33No.7JournalofLiaoningTechnicalUniversity（NaturalScience）Jul.2014文章编号：1008-0562(2014)07-0892-06doi:10.3969/j.issn.1008-0562.2014.07.006高压水载荷下煤体裂缝的起裂判据及延展规律1,212田坤云，郭德勇，张瑞林（1.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083；2.河南工程学院安全工程学院，河南

2、郑州451191）摘要：为对水力压裂煤体裂缝的起裂判据作定量计算，根据弹性力学理论，分析了注水钻孔周围的应力状态，给出了水平和垂直裂缝产生时注水压力的计算模型；探讨了裂缝扩展的方向以及其扩展所需要的泵注压力；采用自制的高水载荷下煤体裂隙生成及延展模拟装置在实验室模拟了不同围压和轴压加载下条件下煤体起裂的临界注水压力及裂隙生成和延展的方向.实验研究表明：泵注压力克服最小主应力与煤体的抗拉强度之和时，煤体开始破裂；裂隙总是沿着最大主应力的方向发展.实验模拟结果和理论分析相吻合.关键词：裂缝起裂；延展规律；试验装

3、置；水力压裂；泵注压力中图分类号：TD712.1文献标志码：ACrackfracturecriterionandextensionregularityaboutcoalloadedbyhighpressurewater1,212TIANKunyun,GUODeyong,ZHANGRuilin(1.SchoolofResoureandSaftyEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China;2.Depa

4、rtmentofSaftyScience＆Engineering,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou451191,China)Abstract:Thestressstatearoundwaterinjectionholewasanalyzedandthecrackfracturecriterionwascalculatedaccordingtothetheoryofelasticmechanicsquantitatively.Thecalculationmodelab

5、outwaterinjectionpressureisgivenwhenhorizontalandverticalcracksappear.Thedirectionofcrackpropagationanditsrequiredpressureisexplored.Inthelaboratory,thecriticalinjectionpressureandthedirectionofcrackgenerationandextentionissimulatedemployingtheself-develop

6、edsimulationdeviceaboutcoalcrackgenerationandextentionloadedbythehighpressurewater.Experimentalinvestigationshowsthat:coalfractureinitiatewhenpumpinjectionpressureovercomethesumofminimumprincipalstressandthetensilestrengthofcoal;Fractureisalwaysalongthedir

7、ectionofmaximumprincipalstress.Theexperimentalsimulationresultsandtheoreticalanalysisareidenticalwitheachother.Keywords:fracturecrack;extensionregularity;experimentaldevice;hydraulicfracturing;pumpinjectionpressure0引言机理具有很大的指导意义.水力压裂措施可以很大程度上提高低透气性1水力压裂煤体裂

8、缝的起裂[1-2]煤层的瓦斯抽放效果，但是由于不同矿区地质条水力压裂时裂缝的形成主要取决于煤体钻孔件差异很大，对煤层高压注水时，煤体裂隙的起裂周围的应力状态.一般认为注水压力超过煤体的抗判据与延展规律不尽相同.拉强度时煤体开始破裂.目前实验室模拟手段已经越来越多地用于研究实际工程问题，由于深部地层煤体的水力压裂是1.1注水钻孔的应力状态一个极其复杂的物理过程，水力压裂模拟实验可以（1）地应力产生的钻孔壁应力对裂缝