煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔縮徑相似實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、當(dāng)穿膨脹性泥巖鉆進(jìn)瓦斯抽采孔時(shí)，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(duì)煤礦瓦斯災(zāi)害防治具有重要意義。
　　本文采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，根據(jù)濕度應(yīng)力場(chǎng)理論，對(duì)煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔在恒定濕度應(yīng)力場(chǎng)、地應(yīng)力場(chǎng)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(shí)間的變化關(guān)系式。并通過數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)室相

2、似試驗(yàn)對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析。主要研究成果如下：
　?、倩跐穸葢?yīng)力場(chǎng)理論的耦合方程，結(jié)合煤礦井下穿層鉆孔的特點(diǎn)，求解了煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔在恒定濕度應(yīng)力場(chǎng)、地應(yīng)力場(chǎng)耦合作用下，兩種濕度變化函數(shù)所對(duì)應(yīng)的孔壁應(yīng)變的解析解。引入膨脹應(yīng)變時(shí)間閾值，推導(dǎo)了兩種濕度變化函數(shù)所對(duì)應(yīng)的鉆孔孔壁徑向膨脹應(yīng)變隨時(shí)間的變化關(guān)系式。
　?、诶肁NSYS軟件溫度應(yīng)力場(chǎng)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(shí)間的變化關(guān)系式。恒定濕度應(yīng)力場(chǎng)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(duì)誤差分別為4.32％和4.68%，驗(yàn)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(chǎng)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。