采动影响下天然气井套管变形破坏机理与保护煤柱合理留设

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随着我国经济的高速发展,对能源的需求不断增大,使得在同一矿田范围内,同时开采两种或者多种资源成为可能。如何实现在同一矿田范围内安全、经济、有效的同时开采两种或多种资源成为目前急需解决的重大技术课题。目前人们对同一井田范围内单一资源的开采已经做了大量的研究和实践工作,取得了一系列较为丰硕的研究成果,积累了许多值得借鉴的、宝贵的成果经验。对单一的矿产资源地下开采后的采场上覆岩层移动变形的机理、规律有了深刻的认识,但是对于两种或者多种以上资源在同一矿区范围内不同埋深开采时对采场上覆岩层所带来的影响及多种资源开采时他们之间的相互影响的研究几乎为空白。因此开展采动影响下天然气井套管稳定性的相关研究具有重要意义。本文以斌郎煤矿101采区及雷11#天然气井为工程背景,运用理论分析,室内物理实验、FLAC3D数值模拟、现场应用等综合性的研究方法,对采场覆岩的变形破坏特征以及采动影响下天然气井套管变形破坏特征、机理及其保护煤柱留设等问题进行了系统研究。主要工作和取得的研究成果如下:  (1)系统地调查研究了斌郎煤矿101采区的工程地质条件以及雷11#天然气井的开采情况等,对该区域主要岩体的物理力学性质进行了室内试验测试,并对该区域的原岩应力进行了测试,获得了该区域的原岩应力及主要岩层的物理力学参数。  (2)通过分析采动影响下覆岩的移动规律以及天然气井套管变形形式,构建了采动影响下天然气井变形破坏模型,提出了采动影响下天然气井套管受力模型、采动影响下天然气井套管变形破坏机理以及采动影响下天然气井套管变形破坏判别条件。  (3)以矿山保护煤柱相关理论为基础,结合天然气井套管受采动影响的变形破坏模型,提出了天然气井套管保护煤柱的留设方案。  (4)通过构建三维数值模型,获得了天然气井套管变形破坏随工作面推进时在煤层倾向方向和煤层走向方向变化的直观规律、套管围岩及套管的弹塑性及应力分布规律。对建立的采动影响下天然气井套管变形破坏理论模型以及天然气井保护煤柱进行了验证分析,获得了采动影响下天然气井套管变形破坏的过程和特征,确定了保护煤柱留设方案。  (5)结合斌郎煤矿1012工作面的开采对雷11#天然气井套管稳定性影响的工程实例,对构建的理论模型及留设的天然气井套管保护煤柱进行了验证分析。
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