水力压裂有效压裂半径的影响因素研究*

为改善水力压裂增透效果,提高煤层瓦斯抽采效率,减少矿井瓦斯灾害,明确不同因素对水力压裂有效压裂半径的影响,基于Mohr-Coulomb准则建立水力压裂渗流—损伤耦合方程,并且求得水力压裂破裂区半径运算公式;运用ABAQUS软件模拟并分析地应力σ、注水水压P、压裂孔径d及弹性模量E对水力压裂有效压裂半径L的影响;并通过灰色关联分析方法确定水力压裂有效压裂半径的主控因素。研究结果表明:水力压裂有效压裂半径与注水水压、压裂孔径及弹性模量呈递增关系,与煤层地应力呈递减关系;水力压裂有效压裂半径受煤层地应力的影响最大,注水水压次之,受压裂孔径和弹性模量的影响相对较弱。     

多软件联合的煤矿三维数值建模方法及其应用

为了解决复杂三维地质模型构建耗时费力、难度大的问题,提出了一种联合多个软件的复杂三维地质模型快速构建的方法,以钻孔信息为基础资料,利用3DMINE建立岩（煤）层等高线,以dxf文件形式导入GOCAD生成岩（煤）层点阵数据文件,利用SURFER对点阵数据进行网格化处理,导入RHIRO软件之中生成ANSYS可读取的iegs文件,经过ANSYS划分网格后导入FLAC3D中进行数值计算。以山东郓城煤矿的地质模型构建为例进行介绍,给出了以该方法进行地应力反演后得到的区域应力场分布云图。通过多个煤矿应用表明:该方法建模速度快,摒弃了繁杂命令流式建模方法,通过数据的逐步对接,减少了中间过程的人为干扰和误差,兼顾了ANSYS优良的网格划分功能和FLAC3D数值计算能力,且效果较好,可在其他领域和行业复杂地质模型构建中推广使用。     

气体钻井突发性井壁失稳动力演化机理及试验研究

从致密砂岩损伤破坏的角度出发,综合考虑致密砂岩的物理力学性质、地应力、裂缝圈闭高压等因素,在分析孔隙压力、地应力、裂缝圈闭高压在突发性井壁失稳过程中所起的作用基础上,将气体钻井突发性井壁失稳具有强烈时间效应的动态力学过程分为孕育、突变、井筒运移和终止4个阶段。对裂缝圈闭高压、地应力作用下致密砂岩的加速损伤演化引起的突发性井壁失稳机理进行了阐述,裂缝圈闭高压是突发性井壁失稳的主要动力源,地应力对突发性井壁失稳起辅助作用。通过模拟实验表明,受地应力破坏后的致密砂岩岩体在有裂缝情况下,卸压初始时刻释放的能量是无裂缝时的5~10倍,且该能量与动力学失稳密切相关。     

高地应力作用下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律研究

在高地应力环境下的软弱围岩中修建深埋长隧道,软弱围岩流变一是个突出的工程地质问题。位于兰新铁路上的鸟鞘岭隧道工程在穿越宽迭785m的活动断裂带F7时,软弱围岩发生了显著流变,围岩最大收敛变形超过1m,对支护结构造成了严重破坏。本文在对鸟鞘岭隧道进行长期围岩收敛变形的基础之上,分析了乌鞘岭左右两主洞的收敛变形规律。此外,作者提出了对软岩围岩流变进行工程治理的原则。     

平顶山东部矿区地应力场特征及其对煤与瓦斯突出的影响

为了研究平顶山东部矿区地应力场特征,以及地应力对煤与瓦斯突出的影响,利用地应力实测资料,运用理论分析和数理统计计算相结合的方法,系统研究了东部矿区地应力的分布规律;并且进行了地应力区块划分,揭示了东部矿区地应力在突出中的作用。结果表明:1)东部矿区地应力场以水平构造应力为主,最大主应力方向为NEE-SWW向,最大水平主应力百米梯度为5.4 MPa左右,该区域内集聚了较高的水平构造应力,应力场类型为大地动力场;2)依据最大水平主应力随埋深增加而增大的应力梯度线,将东部矿区划分为应力升高区和应力梯度区;3)应力升高区由于地应力集中,提供了突出的动力,构造煤的发育则减少了突出阻力,造成了该区域频繁发生突出事故,突出的主导因素为地应力。     

黄河黑山峡大柳树坝址区地应力模拟计算及破裂危险性评价

在区域构造应力场模拟的基础上,采用子模型方式提取出黑山峡大柳树坝址区应力边界条件,对大柳树坝址区应力场进行了模拟计算及破裂危险性评价。计算结果显示,大柳树坝址区浅层应力场以水平应力为主,断裂对应力场有明显的控制作用。破裂危险性分析表明,对坝址构造稳定性起决定作用的主要是坝址北侧F 201地震断层的活动,以震源的垂直投影位置看,如果F 201发生强震,其南盘岩体至少5 km范围内将受到严重影响而产生地表破裂,危及坝体安全。     

深埋岩溶隧道掌子面突水灾害可靠性上限分析∗

旨在研究高地应力、高压富水条件下深埋岩溶隧道掌子面突水灾害的可靠性问题。基于已有研究成果,考虑高地应力以及高压富水地质条件,采用极限分析上限法构建了以剪切破坏为主的深埋岩溶隧道掌子面三维防突机制。根据虚功率原理建立突水破坏过程中的能量方程,利用Hoek-Brown 强度准则求解了高地应力以及高压富水条件下防止掌子面突水所需要的支护力上限解。在极限破坏状态下,根据掌子面上施加的支护力与突水破坏时的围岩压力构建极限状态方程,建立了深埋岩溶隧道掌子面防突可靠度模型,并采用响应面法计算了掌子面发生突水灾害的失效概率。分析了水平地应力、溶腔水压力、岩体强度参数以及隧道洞径对支护力、潜在破坏长度的影响规律,给出了满足不同容许失效概率下深埋岩溶隧道预防突水灾害所需要的最小支护力以及在有限支护效应下能抵抗的最大破坏长度。将研究成果应用于实际工程案例中,与已有研究、现场结果相比较,验证了本文计算结果的有效性,可为今后类似深埋岩溶隧道的防突问题提供理论指导和参考。     

高陡山区深部硐室地应力测量方法与结果分析——以大红山铁矿硐室为例

地应力是地下工程围岩稳定与支护结构设计的一个基本参数,其测量方法有很多种。本文详细介绍了适用于深部地下硐室的地应力测量方法——应变解除法,并介绍了大红山铁矿矿区深部地应力测量的方法、过程和结果。在区域地质构造分析的基础上,采用应变解除法进行现场实测,获得了该矿区深部4个水平6个测点的三维地应力状态;利用多方程回归方法分析初始地应力场,获取了大红山铁矿矿区深部地应力分布的基本规律。测量成果为工程设计和稳定性分析提供了依据,并为进一步研究该矿区岩体应力状态和应力场奠定了基础。     

深井地应力测量与运用分析

文章介绍了套孔应力解除法进行地应力测试的方法,并应用此法对盛平煤业有限公司-630 m水平采区进行了地应力现场实测,根据5个地应力测站现场实测数据,得出了主应力与埋深、侧压比之间的关系,判定了应力量级,分析了背斜对地应力的影响。利用地应力分布特征对巷道布置方向及巷道两帮支护参数设计进行指导,确保了巷道稳定性,保障了安全生产,可为类似条件下矿井的安全开采提供参考。     

岩土工程中地应力测量地质学方法之分析

叙述了地质学方法的概念和原理,回顾了80年来的经历,指出了地质学方法的潜力和优点。并进一步讨论了影响地质学方法发展的三个问题。最后,提出建议。