高压流体注入对煤岩变形和破裂特性的影响
刘超1
靖洪文2
蔚立元2
张东明3
刘义鑫4
1.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆4000302.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州2211163.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆4000304.山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590
摘要：煤岩储层中孔隙压力、地应力和煤岩自身结构的耦合效应对煤体内裂纹的萌生、扩展以及破裂特性起着显著作用.以原煤为研究对象,进行了真三轴应力条件下高压流体致裂煤岩试验,以探究不同水平应力差(或中间主应力)和不同黏度流体耦合作用下煤体内裂隙扩展规律和破裂模式.得到流体压力峰值随中间主应力的增加而减小,且注水产生的流体压力峰值相比液态CO2和N2较大.随着中间主应力的减小,煤体破碎程度加剧.低中间主应力水平下,煤体内主要形成沿层理面及层理面附近扩展的拉伸裂隙.高中间主应力水平下,煤体内主裂隙呈斜穿层理结构的剪切破坏特性,形成了较大的煤块.孔隙压力增加过程中,裂隙扩展行为包括:①煤颗粒翻转;②高压流体作用下诱发拉伸裂隙所引起的层理平移;③偏应力作用下诱发剪切裂纹穿越层理而形成宏观剪切滑移面;④剪切裂纹在拉伸裂纹处中止扩展.因有效应力各向异性特性,煤体内孔隙压力增大使得最大偏应力也相应增大,最终导致煤体失稳破裂.基于此,提出修正裂纹滑动模型,获得了流体注入过程中裂纹密度参数随流体压力的增加而增大,随水平应力差的增加而减小,这与原煤的应变变化一致.由于水的黏度较大,裂纹密度参数在增压注水时相比注液态CO2和N2情况下较小,表明低黏度流体可以激活更多的孔隙裂隙.
关键词：高压流体裂隙扩展中间主应力破裂模式层理
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52074259)国家自然科学基金(52104207)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2021QN1027)
论文发表日期：2022-05-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 2027-2040 )
英文信息