煤岩水力压裂有效影响范围及其制约因素实验研究

摘要

煤岩水力压裂是卸压增透并有效提高本煤层瓦斯抽采效果的一种先进技术，是预防煤与瓦斯突出灾害、切实保障煤矿安全生产的可行性措施。但由于该技术在以往的实施过程中，不能明确判定且掌握注入煤岩体内高压水的流动方向和范围及其制约因素，从而导致水力压裂的执行效果具有极大的不确定性和不可控性，难以实现预期效果；甚至由于未能及时了解高压水积聚区造成新的应力集中带，并采取有效的技术措施予以排除，给后期的采掘作业留下新的安全隐患。因此，研究煤岩水力压裂高压水在煤岩中的流动范围及其制约因素，对于合理指导水力压裂技术顺利实施且确保安全生产具有比较重要的理论和实践意义。
　　本文基于瞬变电磁的工作原理，分析了利用电磁波探测煤岩水力压裂过程中高压水的流动方向和扩展范围的可行性。分别在义煤集团新安矿14230工作面和淮北矿业集团临涣矿Ⅰ13采区回风大巷的水力压裂过程中进行了实验研究。通过对实验区域水力压裂前后煤层及其顶板二次电磁场变化规律的探测和分析，确定了煤岩体遭受水力压裂后高压水沿煤层走向、倾向以及法向的流动方向和影响范围；同时在实验工作面不同位置采取多组煤样，通过测定煤样含水率来验证瞬变电磁法探测结果的可靠性。最后，采用事故树分析法，通过求解最小割集和结构重要度等方式，探讨明确了矿区制约水力压裂有效影响范围的主要地质条件和因素。

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1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4创新点

2瞬变电磁技术

2.1电磁场的基本理论及求解

2.2均匀半空间的瞬变电磁场

2.3矿井瞬变电磁法原理

2.4瞬变电磁仪器及探测方法

2.5瞬变电磁法数据处理及解释

2.6本章小结

3矿井瞬变电磁法的探测实验和数据分析

3.1新安矿14230工作面实施方案

3.2井下瞬变电磁仪探测

3.3探测数据的处理与分析

3.4临涣矿9134工作面水力压裂概况

3.5井下瞬变电磁仪探测（1号钻孔）

3.6井下瞬变电磁仪探测（2号钻孔）

3.7本章总结

4水力压裂有效影响范围的验证

4.1煤样的提取

4.2煤样含水率的测定

4.3实验结果分析

4.4本章小结

5高压水有效影响范围的制约因素分析

5.1制约因素分析

5.2事故树建立

5.3事故树定性分析

5.4事故树分析法的实际应用

5.5本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2论文不足及展望

参考文献

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