煤岩体水力致裂的合理泵注时间研究

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1、国家自然科学基金项目（51274194）资助教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-12-0958）资助中央高校基本科研业务费专项资金（2014YC03）资助江苏省“六大人才高峰”(2014-ZBZZ-007)资助硕士学位论文煤岩体水力致裂的合理泵注时间研究ReasonablePumpInjectionTimeofCoalandRock-MassHydraulicFracturing作者：蒋稳成导师：黄炳香教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TD8学校代码10290UDC622密级公开国家自然科学基金项目（512741

2、94）资助教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-12-0958）资助中央高校基本科研业务费专项资金（2014YC03）资助江苏省“六大人才高峰”(2014-ZBZZ-007)资助中国矿业大学学术型硕士学位论文煤岩体水力致裂的合理泵注时间研究ReasonablePumpInjectionTimeofCoalandRock-MassHydraulicFracturing作者蒋稳成导师黄炳香申请学位工学硕士培养单位矿业工程学院学科专业采矿工程研究方向煤岩体水力致裂答辩委员会主席评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生蒋稳成在规

3、定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢光阴似箭，转眼间三年的研究生生活即将结束，经历了找工作的的那份喧嚣与坎坷，深深体会到写论文的那份宁静与思考，首先我要感谢的就是我的导师黄炳香教授，从论文开题到论文定稿，都倾注着黄老师的心血。黄老师不仅指导我们科研，在做人做事方面更是为我们树立良好典范。黄老师严谨的科研态度、和蔼可亲的教

4、导、细心的照顾深深感染着我，值此论文完成之际，谨向导师黄炳香教授致以深深的敬意和衷心的感谢！在论文完成过程中，得到了陈树亮硕士、吴献硕士、蒲靖硕士、袁飞虎硕士、董煜硕士的指导和帮助，在此向他们表示衷心的感谢！在论文完成过程中，还得到了课题组师弟张佳兴、赵兴龙、孙天元、杨帆、王家文等在物理模拟试验、数值模拟及数据处理方面给予我的帮助，在此向他们表示诚挚的谢意！感谢研究生期间参与导师科研项目的中石油华北油田煤层气勘探开发指挥部，同煤集团同忻煤矿，同煤浙能麻家梁矿，神华神东集团寸草塔煤矿、布尔台煤矿、乌兰木伦煤矿工程技术人员的帮助。

5、感谢徐州创鑫液压机械厂在机械加工及实验台改造方面给予的帮助。特别感谢父母的养育之恩以及谆谆教导!感谢所有曾给予我帮助的老师、同学和朋友！感谢百忙之中评审论文的各位专家、学者！蒋稳成2015年5月17日摘要冲击矿压、坚硬顶板的悬顶、低渗透高瓦斯煤层瓦斯难抽采、坚硬厚顶煤难于冒放等技术难题是抑制煤矿安全高效开采的瓶颈，煤岩体水力致裂技术可以改变煤岩体的应力状态，改变其宏、细观结构，是一种行之有效的技术手段。随着技术设备的不断进步，合理泵注时间的确定成为现场应用急需解决的问题。本文采用物理模拟实验、理论分析和现场试验等方法对煤岩体水

6、力致裂的合理泵注时间进行了分析研究。采用了大尺寸真三轴实验系统进行了物理模拟实验。通过典型的实验结果分析得出以下结论：煤岩体水力致裂过程大体上分水充满管路阶段、升压起裂阶段、裂缝充分扩展阶段；煤岩体主裂缝大体垂直于最小主应力方向扩展，主裂缝在空间形态上近似为一扁椭球体；注水总时间公式为：TTTT=，T、T、T分别为三个阶段总123123所用的时间。基于能量守恒定律、伯努利方程、裂缝扩展范围和裂缝滤失体积计算等理论研究，结合实验得出结论，推算出了水压裂缝起裂时间、裂缝扩展时间，由此计算出了煤岩体水力致裂泵注总时间公式：22

7、22T=TTTldnldldld总123112233444q22gdlR3PLq810t120hhKKf封孔巷高进口出口244Pg水泵d1gd1222H21qP32108HCL3Eq本文计算出的泵注时间与传统注水时间公式进行分析比较，结合现场煤岩体水力致裂工程实践验证公式的有效性和可靠度，合理泵注时间的水力致裂能够改善坚硬顶板冒放性，提高顶煤回收率，降低顶煤块度，减少煤壁片帮、冒顶的可能，取得了较为理想

8、的致裂效果。本论文有图21幅，表5个，参考文献72篇。关键词：煤岩体；水力致裂；泵注时间I硕士学位论文AbstractTherearemanytechnicalproblemsincoalmine,suchasrockburst,hanginghardroof,lowextr