《深部複雜煤層射流造縫導向壓裂裂縫起裂及擴展機理》是依託重慶大學，由盧義玉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深部複雜煤層射流造縫導向壓裂裂縫起裂及擴展機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：盧義玉
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著煤礦開採深度的不斷延深，煤層透氣性越來越低，如何大幅度增強煤層透氣性是實現煤層氣井下高效抽采和煤炭安全開採的關鍵。油氣領域的水力壓裂技術已被引入煤礦井下煤層氣的開發，但由於油氣地層與煤層氣賦存特徵的不同，煤礦井下水力壓裂出現裂縫無序擴展以及煤層頂底板破壞嚴重，導致增透範圍小和後續煤炭開採時頂底板支護困難。本項目提出利用水射流切割縫槽導向水力壓裂，促使裂縫有序、大範圍擴展，以大幅度增強煤層透氣性的方法。主要研究內容為：在研究深部複雜煤岩體力學特性的基礎上，建立含水煤岩體本構方程和破壞準則；分析水射流造縫對煤體應力場的變化規律，揭示不同煤層賦存條件下射流造縫後煤體起裂及裂縫擴展機理；從裂縫閉合應力敏感性角度研究射流造縫對煤體應力場和裂縫閉合的影響規律，揭示水射流造縫導向水力壓裂增強煤層透氣性的機理，開發射流造縫導向壓裂增透工藝及裝備，並在典型礦區現場試驗。
結題摘要
針對煤礦井下水力壓裂裂縫無序擴展以及煤層頂底板破壞嚴重，導致增透範圍小和後續煤炭開採時頂底板支護困難等難題，項目提出利用高壓水射流切割煤體形成定向縫槽進行導向壓裂，促使裂縫有序、大範圍擴展，以大幅度增強煤層透氣性的方法。圍繞射流造縫導向壓裂裂縫起裂及擴展機理這一關鍵科學問題，採用理論分析、相似物理實驗和數值模擬相結合的研究方法，通過分析壓裂過程中含水瓦斯煤岩體的物理力學特性，建立了含水煤岩體本構方程和破壞準則，為水射流破碎煤岩提供理論基礎；分別採用彈性力學、斷裂力學和土力學理論，建立了不同煤層賦存條件下造縫導向壓裂裂縫起裂及擴展理論模型，揭示了射流造縫導向壓裂起裂及裂縫擴展規律；根據多相流體力學和多孔介質流體動力學理論，構建了導向壓裂過程中水-瓦斯耦合運移模型，獲得壓裂後煤層瓦斯運移富集規律，揭示了射流造縫導向致裂煤層的增透機理，對瓦斯抽采鑽孔的最佳化布置具有指導意義；在此基礎上研發了射流造縫、鑽孔布置、封孔和水壓致裂等射流造縫導向壓裂增透裝備及工藝，並在松藻礦區進行現場試驗；與傳統水力割縫和壓裂相比，煤層氣平均抽采量提高3~5倍，預抽鑽孔數量減少27%以上。項目研究成果獲教育部科技進步一等獎1項，出版著作1部；發表學術論文21篇，其中SCI檢索11篇、EI檢索10篇；申請發明專利3項；培養畢業博士生4人，碩士研究生4人（優秀碩士論文1篇）。項目申請人於2016年獲得國家自然科學基金委傑出青年基金資助(No. 51625401) 和入選第二批國家“萬人計畫”科技創新領軍人才，並在國際、國內會議上做特邀及大會報告12次。
