孔隙水压力梯度对煤层导向压裂控制影响

基于孔隙水压力梯度对孔壁及裂缝尖端应力作用,提出了煤层导向压裂扩展方法.通过研究有效应力变化,建立了导向压裂起裂压力及裂缝扩展压力计算模型.采用RFPA~(3D)-Flow流固耦合软件建立了孔隙压力梯度场下的导向压裂数值模型.对7组不同数值模型计算分析,研究了导向孔的布置方式、距离、控制水压三个主要因素对导向压裂作用效果.研究结果表明:孔隙压力梯度能有效降低压裂孔起裂压力及裂缝扩展压力.起裂压力及裂缝扩展压力降低幅度与导向孔控制水压呈正相关关系,与导向孔距离呈负相关关系.数值计算得到的起裂压力变化规律与理论计算预测相符合,论证了导向压裂起裂压力计算模型的正确性以及导向压裂裂缝控制方法的可行性.     

冲击挤压式脉冲射流动力特性数值模拟

基于Fluent软件建立以流体体积函数(VOF)模型和Realizable k-ε湍动模型组合的二维多相流瞬态数值计算模型,采用定义瞬态压力入口边界的方法,对冲击挤压式脉冲射流的形成过程进行模拟计算。结果表明:基于此组合模型和方法计算得出的动态射流结构与试验结果具有较高的吻合度;喷嘴出口的水动力特征是影响射流结构及变化的最主要外在因素;射流前部生成的伞状结构能限制射流中心区表面气体涡的发展,有利于提高有效中心射流的收敛度;射流前部轴心速度发展至最大时,射流前端形成一层厚度约为2倍喷嘴直径的低速高湍动层。     

前混合磨料射流新型连续加砂系统设计与实验

前混合磨料射流连续加砂难以实现,大大降低了工作效率,制约了该技术的推广运用.针对这一问题,提出在系统中并联两个磨料罐,运用气动闸阀实现磨料罐在加砂、供料两个状态间切换,运用射流泵自行加砂,为前混合磨料射流连续加砂提供新思路.对该系统的主要部件——射流泵进行实验研究,得出吸砂时最优喉嘴距为1.5d1左右,表明引射物的密度对射流泵最优喉嘴距影响较小;用直径为3mm的喷嘴在20MPa压力、8％磨料浓度下进行了30min的实验,共消耗4罐磨料,实现了前混合磨料射流的连续加砂;根据实验条件计算每罐磨料所使用的时间,调整两磨料罐状态切换的间隔时间即可实现不同实验条件下的连续加砂.     

断层对煤层水力压裂裂缝扩展的影响

针对煤层中的次生断层或小型滑移断层会影响水力裂缝扩展方向的问题,通过建立压裂裂缝遇断层的二维模型,采用理论分析和数值模拟方法分析逼近角度、水平主应力差、煤岩体弹性模量差异等因素对水力裂缝扩展方向的影响规律,建立裂缝穿过断层形成有效压裂的判断准则,在给定煤岩体参数条件下,拟合出水力裂缝穿过断层形成上下盘煤层贯通裂缝的逼近角度-水平主应力差的临界曲线。结果表明:逼近角度、水平主应力差、煤岩体弹性模量是影响压裂裂缝走向的主要因素,在低主应力差、较小逼近角度、较高顶板弹性模量的情况下,断层面易产生张开型破坏;当逼近角度-应力差坐标点位于曲线上方时裂缝将穿过断层面进入顶板,当角度-应力差坐标点位于曲线下侧时断层面张开裂缝将扩展至下部煤层形成上下盘煤层贯通裂缝。     

超前地质预报在大相岭隧道施工中的应用

深埋长大隧道工程地质条件复杂多变,盲目施工易造成突水、突泥和塌方等安全事故.超前地质预报技术作为隧道勘察结果的进一步详实,在隧道施工减灾、防灾方面发挥着重要的作用.以大相岭隧道为工程背景,针对该隧道复杂的地质条件,采用TGP206超前地质预系统及宏观微观相结合的预报分析方法,可以有效的提高对不良地质体的预报效果,通过预报结果与实际揭露的对比分析,其预测精度达到95%以上,有效地指导了隧道的安全施工,为同类工程提供技术资料和经验借鉴.     

煤层割缝器用双梯度喷嘴结构设计与优化

为提高高压水射流煤层割缝器的切割能力,提出采用双梯度结构对喷嘴这一关键部件进行结构设计及优化来改善喷嘴喷射性能的新思路。针对安装于63割缝器总长为17 mm的双梯度喷嘴,在正交实验指导下,采用Realizable k-ε湍流模型对不同参数组合下喷嘴出口流场进行了模拟。数值模拟结果表明双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时,其轴向速度在150 mm靶距处最大且衰减较慢。通过对数值模拟优化喷嘴结构进行试制,在室内运用3DPIV对其性能实验测试。实验结果表明在本文实验条件下,双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时,其射流出口流场平均速度最大,速度场分布较为理想,在150 mm靶距处的平均速度为普通喷嘴的1.4倍。     

煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究

针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔材料易收缩、密封效果差、成本高及封孔长度不合理等问题,研究出一种由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水组成的新型水力压裂封孔材料;通过室内实验优化出收缩率和抗压强度最优时的封孔材料配比及压裂钻孔封孔参数,建立新材料承压能力与封孔长度的计算关系式,并进行现场验证.结果表明,新材料的最优配比为m(水泥)∶m(水)∶m(早强减水剂)∶m(聚丙烯纤维)=1∶0.6∶0.03∶0.005;当钻孔孔径一定时,材料承压能力与封孔长度呈线性关系,现场实验结果与封孔参数计算关系基本一致,该新材料是一种性能好、成本低廉以及操作配比简单的水力压裂封孔材料.