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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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高压流体注入对煤岩变形和破裂特性的影响

作者(Author):

  • 刘超
  • 靖洪文
  • 蔚立元
  • 张东明
  • 刘义鑫

作者单位:

  • 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室
  • 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室
  • 山东科技大学安全与环境工程学院

关键词:

  • 高压流体
  • 裂隙扩展
  • 中间主应力
  • 破裂模式
  • 层理
  • 摘要
  • 论文图表
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  • 引用格式

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 CO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 CO和 N情况下较小表明低黏度流体可以激活更多的孔隙裂隙


刘超,靖洪文,蔚立元,等. 高压流体注入对煤岩变形和破裂特性的影响[J]. 煤炭学报,2022,47(5):2027-2040. LIU Chao,JING Hongwen,YU Liyuan,et al. Effect of high⁃pressure fluid injection on deformation and frac⁃ ture characteristics of coal[J]. Journal of China Coal Society,2022,47(5):2027-2040.
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