回采工作面雙巷、多巷布置中的留巷,受相鄰工作面和本工作面二次采動(dòng)影響,采動(dòng)影響強(qiáng)烈,維護(hù)時(shí)間長(zhǎng),巷道變形強(qiáng)烈,支護(hù)難度大。本論文針對(duì)留巷變形與破壞特點(diǎn),以潞安余吾煤業(yè)工作面雙巷布置中的留巷為工程背景,提出一種控制留巷變形的新方法—定向水力壓裂留巷卸壓技術(shù)。采用理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及井下試驗(yàn)相結(jié)合的方法,開(kāi)展了留巷定向水力壓裂卸壓機(jī)理及應(yīng)用研究。論文研究?jī)?nèi)容包括四個(gè)方面:(1)理論分析了留巷定向水力壓裂卸壓機(jī)理及適用條件;(2)數(shù)值模擬研究了定向水力壓裂裂隙擴(kuò)展規(guī)律及主要影響因素;(3)室內(nèi)真三軸水力壓裂試驗(yàn)揭示了地應(yīng)力和層理方向?qū)Χㄏ蛩毫蚜鸭y擴(kuò)展方向及形態(tài)的影響規(guī)律;(4)開(kāi)展了定向水力壓裂留巷卸壓井下試驗(yàn)和綜合監(jiān)測(cè)。通過(guò)論文研究,取得以下主要結(jié)論:(1)回采工作面雙巷布置留巷大變形的主要原因是,在已采工作面后方,上部堅(jiān)硬厚頂板難以及時(shí)跨落而形成懸頂,引起煤柱承受過(guò)大的支承壓力,致使留巷受力惡化。定向水力壓裂卸壓機(jī)理是采用水力壓裂消除或減弱堅(jiān)硬頂板形成的懸頂效應(yīng),改變應(yīng)力轉(zhuǎn)移和分配比例,改善留巷受力狀態(tài)。(2)影響留巷卸壓效果的主要因素是煤柱上方堅(jiān)硬頂板的懸頂效應(yīng)。堅(jiān)硬頂板厚度或懸臂區(qū)面積越大,懸頂效應(yīng)越強(qiáng),回采后留巷變形越大,破壞也越嚴(yán)重。同時(shí),懸頂效應(yīng)越強(qiáng),采用水力壓裂卸壓后,留巷變形減少幅度越大,卸壓效果也越明顯。(3)主應(yīng)力差值和巖體的拉伸強(qiáng)度是決定水力壓裂破裂壓力的兩個(gè)主要因素。最小主應(yīng)力提高或主應(yīng)力差值減小,所需要的壓裂壓力相應(yīng)提高;巖體拉伸強(qiáng)度提高,所需要的壓裂壓力相應(yīng)提高。(4)水力壓裂裂隙在鉆孔未切槽時(shí),最小主應(yīng)力對(duì)裂隙擴(kuò)展方向具有控制作用。鉆孔橫向切槽是形成定向水力壓裂裂隙的有效方法。主應(yīng)力差值符合一定條件,在鉆孔壁上橫向切槽,可以在切槽方向形成水力壓裂裂隙面,最小主應(yīng)力對(duì)水力壓裂裂隙的擴(kuò)展方向不再具有控制作用;切槽方向與最小主應(yīng)力的夾角增加或者主應(yīng)力差值減少,有利于增強(qiáng)切槽對(duì)裂隙面擴(kuò)展的控制作用。(5)預(yù)制切槽的大尺寸砂巖試樣在高地應(yīng)力差、水平層理方案下切槽附近的裂紋沿著切槽方向擴(kuò)展形成非常明顯的主裂縫,裂紋尺度和延伸距離較大,且出現(xiàn)多條裂縫與原生結(jié)構(gòu)面交匯,形成較為復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò),切槽效果比較明顯;在低地應(yīng)力差和豎直層理方向方案下微裂紋數(shù)量較多,沒(méi)有明顯的主裂縫,且方向多樣,切槽效果不太明顯。而且,無(wú)論在哪種試驗(yàn)方案下,裂紋最終在試樣空間形成的主裂縫方向均與最大水平主應(yīng)力方向一致,切槽可控制切槽附近裂紋擴(kuò)展的方向,距離切槽較遠(yuǎn)的裂紋擴(kuò)展方向垂直于最小水平主應(yīng)力。(6)在余吾煤業(yè)井下開(kāi)展定向水力壓裂卸壓試驗(yàn),綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明:水力壓裂卸壓后,留巷頂?shù)装逡平拷档?0%,兩幫移近量降低30%。井下試驗(yàn)不僅取得較好的卸壓效果,而且驗(yàn)證了理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。
【學(xué)位單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD353
【部分圖文】：

以其提出者和主要改進(jìn)者的姓名首字母壓裂液的一維滲漏模型[77]，該模型給出面向外滲漏的計(jì)算方法，即 Carter 方程。重要基礎(chǔ)。裂隙擴(kuò)展?jié)B漏模型是根據(jù)質(zhì)應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹严稊U(kuò)展體積與滲漏體積之和。，裂隙面在垂直方向擴(kuò)展范圍遠(yuǎn)大于水應(yīng)變問(wèn)題來(lái)處理。KGD 模型中，裂隙的和長(zhǎng)度方向的擴(kuò)展。KGD 模型如圖 1.12型，裂隙面在水平方向擴(kuò)展范圍遠(yuǎn)大于面應(yīng)變問(wèn)題來(lái)處理。PKN 模型中，裂隙定的，需要計(jì)算的是裂隙的寬度和長(zhǎng)度。L

圖 2.5 懸臂梁微元體受彎矩作用acting on the infinitessimal eleme如下：( )=( )為懸臂梁慣性矩， = ，橫坐標(biāo) 的函數(shù)，可以表示為( ) = bT + 存在如下微分關(guān)系：=( )，得到=( )與撓曲曲線的微分關(guān)系與截

梁的撓曲曲線可用y = f(x)表示兩端發(fā)生相對(duì)剪切變形dτ。微元γ = k 形dτ與剪應(yīng)變的關(guān)系如下：dτ = γdx 標(biāo)x處，由剪切變形引起的撓度為dτ = γdx 為：( ) = ( ) 引起的撓度函數(shù)為：y = (2 ) = (2
【參考文獻(xiàn)】

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