定向水力致裂防冲原理数值模拟研究

定向水力致裂能够有效降低坚硬顶板的强度和完整性,从而能够弱化顶板破坏时的能量释放和动力效应。采用定向水力致裂处理坚硬顶板,处理方式包括顶板分层和切断悬顶。为了研究定向水力致裂处理顶板起到的防冲效果,采用UDEC离散元分析软件对顶板致裂前后系统释放能量和系统动能进行了计算,研究结果表明顶板致裂后降低了系统释放能量和系统动能,从而减少顶板和煤体能量积聚,降低了冲击地压发生的危险性。     

煤层定向水压致裂机理研究

随着中国煤矿开采规模、深度及强度的逐年加大,为进一步保障安全生产环境、降低安全事故发生的频度和烈度、提高资源回收率,煤层水压致裂的可控性是目前亟待研究的重要问题之一。煤层定向水压致裂技术利用钻孔煤层中的裂隙作为导向裂隙,在围岩应力与注水压力共同作用下,引导岩层破坏方向。基于水压致裂单裂隙压剪模型及断裂力学理论推导出定向水压致裂临界水压力,对煤层定向水压致裂机理进行研究。研究结果表明,定向裂隙的存在使得煤层水压致裂位置发生偏移,定向裂隙的角度和长度是影响煤层水压致裂破坏方向和临界注水压力的主要因素,这为煤层水压致裂可控性提供理论基础。     

岩石试件抗拉强度的套筒致裂法试验研究

用套筒致裂法进行了岩石试件抗拉强度试验。阐明了所用设备、试验步骤及套筒致裂法的基本原理，介绍了该法测定岩石试件抗拉强度的试验结果     

坚硬煤层爆破致裂增注技术研究及应用

为解决坚硬煤层注水难度大的问题,对煤层采取爆破致裂的技术,增加煤体裂隙,以平顶山矿区某煤矿为研究对象,验证了爆破致裂增注技术在坚硬煤层中的应用效果。结果表明:单孔爆破后裂隙扩展范围达到2~3 m,注水流量及总注水量比普通钻孔显著增大。双孔同时爆破时,由于应力波的相互叠加,使煤体应力重新分布,在两孔之间形成相互贯通的径向裂隙和环向裂隙,裂隙扩展范围可达6 m,爆破效果优于单孔爆破。     

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论,对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析,将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段,即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段;且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系,随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加,水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段,且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。     

岩盐水压致裂连通溶解的数学模型

对水压致裂连通溶解开采的过程及机理，在理论上进行了一定的分析，其内容主要包括：岩盐矿层内水力裂缝的起裂扩展，盐矿物的溶解等。通过理论分析，给出了盐类矿床水压致裂连通溶解的数学模型。为盐类矿床水压致裂连通溶解理论的建立奠定了一定基础，为指导生产实践提供了一定理论依据。     

峨口铁矿地应力测量原理和结果分析

介绍了峨口铁矿的地应力测量同时采用的水压致裂法和应力解除法的基本原理和在现场测量量中所采用的新技术。根据实测地应力数据，使用静态系统灰色曲线模型获得峨口矿区的地应力分布规律，结果表明由两种方法所获得的测量结果具有良好的一致性。     

水压致裂法在塔山煤矿巷道围岩地应力测量中的应用

本文介绍了水压致裂法地应力测试的原理及方法,结合塔山煤矿巷道的实际状况作了地应力测试,并进一步论述了矿区内原岩应力场的分布及对巷道稳定性的影响,可供同类工程借鉴。     

盐类矿床致裂水溶开采的耦合控制方程

在详细介绍盐类矿床水溶开采原理与方法的基础上，详细论证分析了盐类矿床致裂水溶开采中水运移溶解、传热传质、矿层溶解变形的耦合控制方程及其基本解法，该数学模型对盐类矿床致裂水溶开采有重要的指导作用。     

煤体裂纹水力致裂的扩展机理

基于现有的岩石断裂力学和细观损伤力学，在引用裂纹尖端损伤局部化模型，考虑煤体的远场应力、煤体注水压力及局部损伤带内应力作用的前提下，分析了裂纹尖端应力分布，对水力作用下煤体裂纹尖端损伤局部化、裂纹扩展的基本条件及裂纹扩展的方向进行了理论分析与探讨。     

液氮对页岩的致裂效应及在压裂中应用分析

为研究液氮对页岩的致裂效应,对同一页岩岩样在液氮冷却处理前后进行超声波和渗透率测试,并对比岩样表面的变化情况,分析液氮对岩石的致裂机制和影响因素,并讨论液氮压裂技术在页岩气开发上具有的优势及其应用前景。试验结果表明:经过液氮冷却后,页岩表面有明显的热力裂缝产生,液氮能够对页岩产生显著的致裂效果;液氮低温作用能够促进页岩内部微裂纹的扩展,提高孔隙结构的连通性,使页岩波速降低、渗透率增加;试验中页岩的波速最大降幅为10.43%,渗透率最大增幅为177.27%。     

裂隙、岩溶含水层疏排水钻孔的爆炸洗孔技术研究

在裂隙、岩溶裂隙含水层水文地质条件研究基础上，根据炸药在水中爆炸原理，介绍了控制炸药爆炸能量和孔内爆炸方法，达到对岩体的爆炸致裂以及对原储导水裂隙的冲刷疏导作用，提高了地下工程中钻孔或水源井的疏排效率，同时又保护钻孔孔壁不被破坏     

岩石水压致裂影响参数的仿真

针对影响水压致裂实验中起裂和失稳压力变化的诸多因素,通过RFPA2D-Flow数值仿真实验,建立了水压致裂模型,研究了孔隙水压力系数、围压比及非均匀性等因素对水压致裂的影响.研究结果表明,试件孔隙水压力系数及围压比的变化对水压致裂起裂压力和失稳压力影响明显;随着孔隙水压力系数的增大,岩石试件的起裂压力和失稳压力都随之减小,最大降幅可达37%;而围压比从1.0增加到1.5过程中,起裂压力和失稳压力降低了大约16%.分析结果对水压致裂施工设计及研究具有一定的参考价值.     

聚能效应在岩石定向断裂控制爆破中的研究

针对目前石材开采面临的问题，对采用聚能药包岩石定向断裂控制爆破技术时的裂缝(纹)起裂和扩展的机理进行了探讨，同时对该法的爆破参数进行了设计；实验室和现场试验验证结果表明，由聚能射流形成的切缝有明显的定向作用，使爆生气体的能量沿预定方向集中，裂纹的定向断裂控制效果良好，表明该法是一种比较理想的断裂控制爆破技术；研究成果对相关理论研究和现场应用均有一定的指导意义，该法将会成为岩石定向断裂控制爆破发展的一个方向。     

基于HF-RBF的初始地应力场预测研究与应用

用水压致裂法(HF)测量地应力时存在实测数据数量少、不连续、精度低的问题.为此,建立基于HF-RBF的初始地应力场预测方法,首先构建埋深和水平主应力之间的学习样本,然后利用径向基函数(RBF)神经网络对学习样本进行训练,建立埋深与水平主应力之间的非线性映射,最后利用检验样本对初始地应力场预测效果进行检验.在黑龙江某矿山利用2个勘探钻孔开展了水压致裂法测量地应力试验,应用HF-RBF方法获得了该矿区水平主应力分布规律,训练样本最大预测误差为28.6%,检验样本水平最小、最大主应力预测误差都在10%以内,满足工程设计要求.表明了在矿山钻孔勘探期间,HF-RBF法能较好地预测矿区初始地应力场.     

水压致裂防治冲击地压的探讨

分析了冲击地压发生的原因,阐述了水对地层的影响以及水对煤冲击倾向的影响,通过对新疆屯宝煤矿水压致裂防治冲击地压的探讨,得出以下结论:弹性能量指数由原来未注水的9.7降低为3.5,冲击能量指数由原来未注水的7降低为3,动态破坏时间由原来未注水的7 ms增加到229 ms,把原本对煤层的高强度级别的冲击转化为中等强度的冲击。     

低透气煤层水力压裂裂纹的扩展规律

获取低透性煤层的合理水力压裂影响区和压裂孔布置方式,对瓦斯有效抽采、灾害预防尤为重要。采用岩石破裂失稳RFPA2D渗流系统,建立数值模型,分析低透性煤层水力压裂钻孔周边裂纹的扩展规律。结果表明：钻孔左侧水平向起裂并向内部延伸,右侧起裂裂纹与水平向呈45°且向煤体内部延伸,最终主破裂方向转变为30°,煤层破裂形态呈现蝴蝶形;随着步中步的增加,声发射事件逐渐增多,孔隙水压力分布呈现强弱强弱态。随着水压力不断增大,裂纹区、裂隙区、塑性区和弹性区也在不断改变,变化趋势整体形态呈现椭圆形。该研究为低透性煤层水压增透钻孔合理布置提供了参考依据。     

非常规储层液氮低温致裂理论及研究进展

液氮压裂是一种极具前景的无水压裂技术，可为非常规油气水力压裂所面临的耗水量巨大、储层伤害和环境污染等问题提供解决方案。低温致裂岩石是液氮高效改造储层的基础和关键。基于作者前期在液氮压裂方面的研究成果，重点针对液氮低温致裂研究进行归纳总结，系统地阐述了液氮超低温作用下岩石物理及力学特性变化规律，分析了影响液氮低温致裂效果的关键因素及主要机制，从矿物学角度揭示了岩石损伤破裂的微观模式和特征，剖析了液氮对于不同岩性类型、不同原生孔隙结构、不同储层原位状态（高温/饱水）岩石的适用性。本研究旨在帮助读者更加全面、深入了解液氮低温致裂岩石的基本理论及研究进展，为后续液氮压裂技术研究及工程应用提供基础理论指导。     

煤层深孔聚能爆破动力效应分析与应用

为研究煤层深孔聚能爆破致裂增透机理,构建聚能爆破分析模型,运用理论分析与数值模拟相结合的方法探讨聚能爆破时聚能射流的成型机理、爆炸应力波的传播特点、煤体力学特征和裂隙扩展机理,结果表明:聚能槽集聚爆轰能量形成聚能射流并产生聚能效应,聚能效应显著改变了爆炸应力波的传播特性和煤体的力学性质,在聚能方向煤体所受压应力峰值是非聚能方向的1.10～ 1.29倍,有效地促进了裂隙的扩展;且主聚能方向煤体所受压应力峰值由次聚能方向的0.85倍增大到1.06倍,放缓了煤体所受应力的衰减速度.此外,煤层深孔聚能爆破工程应用实验表明,聚能爆破后抽采孔平均瓦斯含量是聚能爆破前的1.58倍,有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率.     

基于颗粒流的页岩热致裂缝形成机制及数值模拟

基于离散元构建考虑页岩层理特征的颗粒流模型,进而改进微观参数标定方法并对页岩颗粒流力学模型微观参数进行系统标定,利用页岩颗粒流热力耦合模型研究加热方式、天然微裂缝及围压对页岩热致裂缝演化的影响。结果表明：100℃下即可产生热致裂缝,裂缝的宽度和数量随着温度的升高在不断增加后保持稳定;天然微裂缝的倾斜度对热致裂缝扩展存在影响,倾斜角度增大,页岩热致裂缝的延伸性变弱;围压在10 MPa以下促进页岩热致裂缝生成,10 MPa以上抑制热致裂缝的生成。