论文部分内容阅读
煤层气与煤是同源同体、不同物相的共伴生矿产,两者的开采相互促进、相互制约,如何利用煤矿采掘活动的影响,提高影响区内单井产量,促进区域煤层气高效排采,对实现煤与煤层气资源协同开采,保障矿井安全生产具有重要的现实意义。本文以我国煤层气勘探开发较为活跃的沁水盆地南部樊庄北区块为例,在搜集区块及其相邻矿井-胡底矿采掘资料、地面煤层气井抽采资料的基础上,总结出了矿井采掘与煤层气井生产的时空规律,通过ABAQUS数值模拟软件建立了大口径巷道水平井开挖过程中煤层和顶底板耦合作用下的井周应力场计算模型,探讨了不同井眼形状、尺寸、开挖方向时井周应力的分布特征。研究结果表明:（1）矿井采掘对煤层气井生产同时存在正效应和负效应。胡底矿区煤层气井排采异常主要受矿井采掘活动、井下瓦斯抽采及储层流体压力降低的影响。（2）通过有限元法分析了大口径巷道水平井开挖过程中井周围岩应力场的分布特征,指出了应力剧烈释放区和应力影响区的范围,进而分析了塑性区、弹性区和原岩应力区的应力变化特征,并根据有效应力与渗透率的关系分析了开挖过程中“三区”渗透率的变化规律。（3）煤层、顶底板的耦合作用明显改变了巷道水平井井周尤其是垂向的应力分布,使其呈现了不连续性和不协调性,且加大了岩性突变界面处的应力集中,有利于井周围岩应力的释放。圆形巷道水平井在一定程度上更利于应力释放和井径扩大。（4）矩形与圆形巷道水平井井周应力影响区的范围基本一致,大约为80 m;但圆形巷道水平井影响范围内应力释放更为剧烈,而矩形巷道水平井的应力剧烈释放区范围内出现了应力集中现象,不利于地应力的释放。巷道水平井井周围岩的应力剧烈释放区与应力影响区的范围均随井眼尺寸的增加而增大,井眼尺寸对井周围岩应力影响区范围的影响大于应力剧烈释放区。（5）巷道水平井沿最大或最小水平主应力开挖后,垂直主应力均发生应力集中,而最大和最小水平主应力均出现应力释放现象。围岩应力释放后产生了一定范围的应力剧烈释放区与应力影响区,沿最小水平主应力方向开挖巷道水平井更有利于应力的释放。本文共包含图36幅,表6个,参考文献107篇。