煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔縮徑相似實驗研究.pdf

1、當(dāng)穿膨脹性泥巖鉆進(jìn)瓦斯抽采孔時，鉆孔內(nèi)膨脹性泥巖遇水快速膨脹易造成抱鉆、鉆具夾死等孔內(nèi)事故，嚴(yán)重影響鉆孔施工效率及煤礦安全生產(chǎn)。因此，研究煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔縮徑變形規(guī)律，減少鉆孔縮徑抱鉆孔內(nèi)事故，對煤礦瓦斯災(zāi)害防治具有重要意義。
　　本文采用理論與試驗相結(jié)合的方法，根據(jù)濕度應(yīng)力場理論，對煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔在恒定濕度應(yīng)力場、地應(yīng)力場耦合作用下孔壁應(yīng)變的解析解求解，建立了孔壁徑向膨脹應(yīng)變隨時間的變化關(guān)系式。并通過數(shù)值模擬及實驗室相

2、似試驗對求解結(jié)果進(jìn)行驗證分析。主要研究成果如下：
　　①基于濕度應(yīng)力場理論的耦合方程，結(jié)合煤礦井下穿層鉆孔的特點，求解了煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔在恒定濕度應(yīng)力場、地應(yīng)力場耦合作用下，兩種濕度變化函數(shù)所對應(yīng)的孔壁應(yīng)變的解析解。引入膨脹應(yīng)變時間閾值，推導(dǎo)了兩種濕度變化函數(shù)所對應(yīng)的鉆孔孔壁徑向膨脹應(yīng)變隨時間的變化關(guān)系式。
　?、诶肁NSYS軟件溫度應(yīng)力場模塊，得出鉆孔孔壁徑向濕度變化函數(shù)滿足關(guān)系：220()raWrW。確定出鉆孔孔壁

3、應(yīng)變解析解及孔壁徑向膨脹應(yīng)變隨時間的變化關(guān)系式。恒定濕度應(yīng)力場下不同地應(yīng)力、不同初始孔徑鉆孔的孔壁最大位移模擬值與理論值之間相對誤差分別為4.32％和4.68%，驗證了所得孔壁應(yīng)變解析解的正確性。結(jié)果表明：煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔孔壁由濕度應(yīng)力場產(chǎn)生的膨脹應(yīng)變分量主要隨泊松比μ變化，在總變形中起主導(dǎo)作用；不同地應(yīng)力下，相同初始孔徑的鉆孔孔壁最終徑向膨脹應(yīng)變與地應(yīng)力呈線性關(guān)系；相同地應(yīng)力下，不同初始孔徑的鉆孔孔壁徑向膨脹應(yīng)變相等。