高壓水射流在松軟煤層中鉆深長(zhǎng)孔的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在煤礦開采過程中，由于現(xiàn)有煤礦普通鉆孔技術(shù)受煤層地質(zhì)條件影響，在松軟煤層鉆孔過程中易塌孔、卡鉆，致使鉆孔深度受限，影響煤礦瓦斯抽采及礦井安全。本論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體基金項(xiàng)目“高壓水射流破巖理論及其在地下工程中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究（50621403）”，通過高壓水射流沖孔破煤巖的實(shí)驗(yàn)，分析了高壓水射流水力參數(shù)對(duì)煤巖沖孔破碎的影響，并運(yùn)用CT掃描測(cè)試技術(shù)對(duì)沖孔后的煤巖損傷情況進(jìn)行了層析掃描測(cè)試，從掃描結(jié)果得知沖孔后的煤巖體周邊發(fā)育良好

2、，無明顯裂隙。結(jié)合水射流沖蝕煤巖的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和CT掃描結(jié)果，建立了高壓水射流鉆深長(zhǎng)孔的數(shù)值計(jì)算模型，對(duì)比分析了高壓水射流鉆深長(zhǎng)孔與普通鉆孔的位移變化及高壓水射流鉆深長(zhǎng)孔的應(yīng)力分布狀況，最后通過在重慶市某煤礦進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論分析的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　?、俑鶕?jù)煤巖強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，得知試件最大單軸抗壓強(qiáng)度均值為2.01MPa，彈性模量均值為0.061GPa，泊松比均值為0.22，為后續(xù)的數(shù)值計(jì)算提供

3、了數(shù)值依據(jù)。
　　②高壓水射流沖孔破碎煤巖實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，沖孔深度隨泵壓呈二次曲線關(guān)系增加，隨靶距呈三次曲線關(guān)系減少。并且高壓水射流沖孔破碎的過程是射流的沖擊載荷和射流準(zhǔn)靜態(tài)壓力共同作用的結(jié)果，其中又以沖擊載荷的作用為主。
　?、蹖?duì)沖孔后的煤樣進(jìn)行了CT掃描測(cè)試，從結(jié)果分析中得知高壓水射流沖孔后的煤巖體無明顯裂隙發(fā)育，孔周煤巖損傷較小。
　?、芡ㄟ^實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試數(shù)據(jù)，建立了高壓水射流鉆孔與普通鉆孔相比較的二維模型以

4、及高壓水射流在松軟煤層中鉆深長(zhǎng)孔的三維模型。計(jì)算結(jié)果表明，高壓水射流鉆孔后的孔周位移變形隨時(shí)間步長(zhǎng)的增加均小于常規(guī)鉆孔，成孔效果較好。隨著鉆孔深度的不斷增加，高壓水射流噴嘴對(duì)煤巖沖擊的端部效應(yīng)明顯，高壓水對(duì)鉆孔中后部的煤巖孔壁具有一定的支撐力作用，表明高壓水射流在松軟煤層中鉆深長(zhǎng)孔具有很好的固孔作用。
　?、萃ㄟ^在重慶市某煤礦的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，高壓水射流的鉆孔深度最深可達(dá)147米，平均孔深是常規(guī)鉆孔深度的2～3倍，平均鉆進(jìn)速度是常規(guī)