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基于突变理论的煤岩体损伤破裂研究

杜习亚  
【摘要】:随着科技的不断发展,能源利用率也在不断提高。我国煤层气产量在21世纪已经突破百亿立方米,这代表我国煤层气已经处于快速发展的时期。而提高煤层气产量的重要技术手段即为水力压裂。为了更加高效的开采煤层气,本文从煤岩体脆性以及煤岩体水力压裂释放能量的角度出发来研究煤岩体水力压裂与煤岩体脆性之间的内涵关系。本文主要研究内容如下:(1)本文首先对煤岩体受载损伤破裂的研究现状、岩体变形破坏的数值模拟、岩石声发射以及突变理论进行了国内外研究现状的调研。了解了国内外对于岩体受载损伤破裂及岩体突变的先进技术及理论。(2)本文介绍了多种岩体脆性表征的研究方法及理论,其中基于全应力应变曲线的脆性表征方法是应用比较广泛的。本文基于蒋东峰建立的基于损伤理论的脆性评价方法对岩体脆性指数进行研究,并对其进行评价试验,基于损伤理论的脆性评价结果较好。(3)根据RFPA2D-Basic版数值模拟软对12块煤岩岩样进行单轴压缩,可以得到不同煤岩体的应力应变曲线,根据单轴压缩得到的应力应变曲线以及上文的岩体脆性指数,得到不同岩体的脆性。通过研究不同脆性岩体的声发射信号及能量,研究煤岩体脆性与声发射之间关系规律。(4)结合脆性指数与突变理论建立煤岩体损伤折迭突变模型,并根据煤岩体损伤折迭突变模型建立煤岩体损伤能量释放量模型。通过RFPA2D-Flow版数值模拟软件,对12块煤岩岩样进行水力压裂数值模拟,根据不同煤岩体脆性的水力压裂模拟结果,可以得到:岩体脆性越大,煤岩体水力压裂越容易形成复杂缝网。分析层理以及围压对煤岩体水力压裂的影响,研究结果说明层理角度越大,围压越小,煤岩体脆性越大,煤岩体水力压裂越易形成较多的分支缝及复杂缝网。


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