【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及采煤，更具體的說(shuō)是涉及一種特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂控制方法。
技術(shù)介紹
1、地面壓裂技術(shù)近年來(lái)在煤礦頂板控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，逐漸成為應(yīng)對(duì)堅(jiān)硬頂板問(wèn)題的重要手段之一。
2、然而，盡管地面壓裂技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其操作的科學(xué)性和有效性仍然處于探索和完善的階段。
3、當(dāng)前，如何科學(xué)地確定目標(biāo)層的層位以確保壓裂效果最大化，如何合理設(shè)計(jì)和布置地面壓裂井的位置以優(yōu)化壓力傳遞和應(yīng)力分布，以及如何精準(zhǔn)地確定和調(diào)控地面壓裂的參數(shù)以達(dá)到預(yù)期的控制效果，這些問(wèn)題都成為了技術(shù)研究與實(shí)踐中的關(guān)鍵難點(diǎn)。
4、因此，提出一種特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂控制方法，來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)存在的困難，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂控制方法，具有科學(xué)精確、操作精準(zhǔn)，有效控制穿等優(yōu)點(diǎn)。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、一種特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂控制方法，包括以下步驟：
4、確定地面壓裂目標(biāo)層層位；
5、計(jì)算堅(jiān)硬頂板下方左右兩側(cè)支撐體等效剛度和壓裂目標(biāo)層應(yīng)力；
6、確定水平井位置與地面壓裂參數(shù)，從而對(duì)特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂進(jìn)行控制；
7、確定地面壓裂目標(biāo)層層位的具體內(nèi)容為：
8、利用數(shù)值模擬軟件模擬相同采高相同堅(jiān)硬頂板厚度條件下，不同層位堅(jiān)硬頂
9、ep＝2.1665h3-1199.1h2+183620h-3×106；
10、其中，ep為不同堅(jiān)硬頂板層位下堅(jiān)硬頂板破壞釋放的能量，h為堅(jiān)硬頂板的層位；
11、計(jì)算堅(jiān)硬頂板下方左右兩側(cè)支撐體等效剛度的具體內(nèi)容為：
12、煤柱由若干根彈簧并聯(lián)組成，長(zhǎng)度為ln的支撐體，利用以下公式計(jì)算堅(jiān)硬頂板下方兩側(cè)支撐體等效剛度k左、k右：
13、
14、其中，α、β為煤柱等效支撐體等效模型兩側(cè)的垮落角，ln為支撐體的長(zhǎng)度，ln-1為第n-1層支撐體的長(zhǎng)度，hn為第n層支撐體的厚度，k為堅(jiān)硬頂板下方支撐體等效剛度，ki第1層到第n層中第i層支撐體的剛度，li為第1層到第n層中第i層支撐體的長(zhǎng)度；
15、計(jì)算壓裂目標(biāo)層應(yīng)力的具體內(nèi)容為：
16、
17、其中，v為目標(biāo)層泊松比，e為目標(biāo)層彈性模量，z為從中性面到計(jì)算應(yīng)力處的垂直距離，ω為目標(biāo)層發(fā)生彎曲的撓度，a1、a2、b1、b2、c為系數(shù)，以目標(biāo)層板的中心建立空間坐標(biāo)系，x為水平向右方向坐標(biāo)，y為垂直向上方向的坐標(biāo)，σx為壓裂目標(biāo)層x方向上的主應(yīng)力，σy為壓裂目標(biāo)層y方向上的主應(yīng)力，τxy為壓裂目標(biāo)層切應(yīng)力；
18、確定水平井位置的具體內(nèi)容為：
19、利用以下公式進(jìn)行確定水平井位置x：
20、
21、其中，l為目標(biāo)層兩側(cè)支撐體中間的懸臂長(zhǎng)度；
22、接著計(jì)算目標(biāo)壓裂層上主彎矩產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力：
23、
24、與米塞斯應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比判斷是否進(jìn)行地面壓裂：
25、
26、其中，σz為垂直于xy平面的方向的主應(yīng)力，σ1為第一主應(yīng)力，σ2為第二主應(yīng)力，σ3為第三主應(yīng)力；
27、確定水平井位置與地面壓裂參數(shù)的具體內(nèi)容為：
28、利用以下公式對(duì)確定地面壓裂過(guò)程中流量v、射孔間距d、攜砂量s進(jìn)行求解各壓裂參數(shù)數(shù)值：
29、f＝50ln(v+1)+0.02v1.1+0.001e(0.01v)；
30、
31、f＝20ln(s+5)+0.03s1.2+0.001·e(0.015s)+0.5s-0.0001s2+150；
32、其中，f為裂隙拓展長(zhǎng)度，n為水平段段數(shù)，l為水平段段長(zhǎng)。
33、上述的方法，可選的，50≤h≤250。
34、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)公開提供了一種特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂控制方法，其有益效果為：
35、1.有效控制頂板釋放的能量
36、利用數(shù)值模擬軟件對(duì)不同堅(jiān)硬頂板層位進(jìn)行分析，相比于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)判斷方法更加科學(xué)準(zhǔn)確找出最易發(fā)生能量積累和釋放的區(qū)域，能夠有效確定破壞巖層能量釋放最大的位置，即地面壓裂的目標(biāo)層。頂板破壞時(shí)會(huì)釋放大量的應(yīng)變能，該方法通過(guò)控制地面壓裂的層位，釋放頂板巖層中儲(chǔ)存的應(yīng)變能，使得頂板的破壞能量得以釋放而不積累至危險(xiǎn)的臨界點(diǎn)。如果不加以控制，會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，如礦震。通過(guò)公式準(zhǔn)確確定壓裂目標(biāo)層的位置，選擇破壞釋放能量最大的層位進(jìn)行壓裂，可以大幅減少礦震、頂板塌陷等災(zāi)害的發(fā)生概率，從而提高采礦過(guò)程中的安全性。
37、2.優(yōu)化支撐體的剛度分布
38、本專利技術(shù)通過(guò)將煤柱支撐體等效為彈簧并聯(lián)模型，計(jì)算堅(jiān)硬頂板下方左右兩側(cè)支撐體的等效剛度，可以通過(guò)支撐體的剛度來(lái)衡量頂板支撐的穩(wěn)固性。通過(guò)均勻分布剛度，避免了壓裂過(guò)程中的壓力不均問(wèn)題。傳統(tǒng)的壓裂技術(shù)容易因?yàn)轫敯褰Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致壓力集中或分布不均，而這種通過(guò)剛度優(yōu)化的設(shè)計(jì)確保了壓裂壓力能夠有效傳遞至目標(biāo)區(qū)域，提高了壓裂的效果。支撐體等效剛度的計(jì)算能夠?yàn)閴毫堰^(guò)程提供可靠的參考依據(jù)，確保壓力均勻傳遞，優(yōu)化壓裂效果。
39、3.精準(zhǔn)定位水平井位置
40、頂板的支撐體結(jié)構(gòu)可以視為懸臂梁，通過(guò)計(jì)算懸臂梁的長(zhǎng)度與壓力分布，本專利技術(shù)能夠準(zhǔn)確確定水平井的布置位置。水平井位置的精確確定是確保壓裂效果最大化的關(guān)鍵步驟，錯(cuò)誤的井位布置可能導(dǎo)致壓裂壓力傳遞不到位，或者造成應(yīng)力集中。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，水平井布置時(shí)向剛度較弱的一側(cè)偏移，確保壓力能夠均勻傳遞，達(dá)到理想的壓裂效果。
41、4.精確控制壓裂參數(shù)
42、本專利技術(shù)通過(guò)一系列公式計(jì)算，準(zhǔn)確確定壓裂過(guò)程中涉及的流量、射孔間距、攜砂量等參數(shù)。流量決定了壓裂液的注入速度和壓力的傳播速度，通過(guò)公式計(jì)算得到合理的流量值，能夠確保壓裂液能夠順利傳播至目標(biāo)層，并形成穩(wěn)定的裂縫網(wǎng)絡(luò)。如果流量過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)層發(fā)生過(guò)度破壞；如果流量過(guò)小，裂縫則無(wú)法有效擴(kuò)展。射孔間距決定了壓裂壓力的施加點(diǎn)，攜砂量影響著裂縫的拓展和穩(wěn)定性。通過(guò)優(yōu)化這兩項(xiàng)參數(shù)，本專利技術(shù)能夠確保裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成既不會(huì)過(guò)度破壞煤層，又能夠有效釋放能量。這些參數(shù)的精確控制是確保壓裂成功的關(guān)鍵，它們影響著裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展以及最終的能量釋放效果。
43、5.多維度提升礦井安全性
44、除了上述的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，該方法通過(guò)從目標(biāo)層選擇、支撐體優(yōu)化、井位布置、壓裂參數(shù)等多個(gè)方面進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，能夠有效提升礦井的安全性。通過(guò)優(yōu)化壓裂層位和支撐體的設(shè)計(jì)，頂板的應(yīng)力集中得到有效緩解，避免了煤礦開采過(guò)程中頂板突然塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。
45、6.適應(yīng)不同條件的靈活性
46、本專利技術(shù)具有較強(qiáng)的靈活性，能夠根本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂控制方法，其特征在于，50≤H≤250。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種特厚煤層綜放孤島面臨空巷道地面壓裂控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張興國(guó)，彭明賢，邰陽(yáng)，王磊，郭飛龍，馬立光，張艷群，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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