突出煤層鉆孔變形機理數(shù)值模擬實驗研究.pdf

1、煤與瓦斯突出已成為煤礦安全生產(chǎn)亟待解決的問題,煤層瓦斯抽放是防治煤與瓦斯突出的重要解決措施,但是在突出煤層中實施順煤層瓦斯抽放鉆孔,由于突出煤層的特殊物理力學(xué)性質(zhì),容易導(dǎo)致鉆孔鉆進不深,鉆孔噴孔、塌孔、抱(夾)鉆等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響著煤礦的安全生產(chǎn)。因此研究突出煤層中鉆孔變形機理,尋找導(dǎo)致鉆孔變形的原因,從而消除或減小這種原因?qū)︺@孔變形的影響,使鉆孔順利鉆進和成孔是非常必要的,而且對煤礦安全生產(chǎn)具有現(xiàn)實意義。
　　論文根據(jù)突出煤層軟弱

2、的性質(zhì),確定了突出煤層的軟化力學(xué)模型,并且依據(jù)突出煤體的變形方程和瓦斯流體的滲流方程,研究分析了煤體和瓦斯流體相互的影響關(guān)系,最終構(gòu)成了固-流耦合問題的數(shù)學(xué)模型;然后論文采用FLAC/FLAC3D模擬軟件對這個數(shù)學(xué)模型求解,就可得到煤體應(yīng)力場、煤體變形場以及瓦斯?jié)B流場的分布規(guī)律,近而可以對鉆孔變形機理分析研究。模擬結(jié)果表明:鉆孔的鉆進應(yīng)力集中區(qū)域始終出現(xiàn)在鉆孔的前端,而且隨著鉆孔鉆進深度的增加鉆孔孔壁的應(yīng)力也出現(xiàn)局部應(yīng)力集中,鉆孔鉆進的

3、深度越大局部的應(yīng)力集中區(qū)域也逐漸的增大,同時向鉆孔鉆進方向移動;鉆孔的應(yīng)力的集中變化造成孔壁周圍煤體裂隙增加,破裂碎脹,最終導(dǎo)致鉆孔位移的變化,而且隨著鉆孔鉆進深度的增大,量值和范圍增大,而且逐步向深部移動趨勢;鉆孔鉆進出現(xiàn)瓦斯壓力梯度,使得瓦斯向壓力梯度小的方向運移,而且隨著鉆孔深度的增加,瓦斯梯度越密集,瓦斯放散速度越大,瓦斯膨脹能就越高,導(dǎo)致的鉆孔的變形能就越大。高能量的膨脹能和變形能造成孔壁周圍煤體裂隙大量增加,破裂碎脹嚴(yán)重,攜