排采降压诱发煤层剪切破坏机理与防控对策

来源期刊：煤炭学报2017年第7期

论文作者：皇凡生 康毅力 游利军 李相臣 许成元

文章页码：1803 - 1810

关键词：煤层气;压力衰减;单轴应变;应力路径;剪切破坏;CO2-ECBM;

摘    要：煤层压力衰减会导致煤岩体剪切破坏,诱发井壁失稳、套管损坏和出煤粉等井下复杂事故。为预防煤层破坏,以沁水盆地南部二叠系山西组3号煤层为研究对象,基于单轴应变模型分析了排采降压过程中的煤层应力路径及其破坏行为,明确了煤层破坏影响因素,并提出了控制井底流压和CO₂-ECBM相结合的防控技术对策。结果表明:煤层水平有效应力在排水阶段随孔隙压力的降低而线性增大,但在解吸阶段却随孔隙压力的降低而非线性减小,气体解吸能够加速煤层剪切破坏;煤层初始水平应力越小,垂向应力、初始孔隙压力、临界解吸压力越大,气体吸附效应越强,煤岩体弹性模量、泊松比越大,单轴抗压强度越低,则煤层临界破坏孔隙压力就越大;煤层破坏前转注CO₂既能有效避免煤层破坏,也可提高煤层气采收率,不失为CO₂-ECBM的良好作业时机。