瓦斯预抽钻孔密封段受力变形特征及其漏气机理研究

发布时间：2020-05-11 09:52

【摘要】：钻孔瓦斯抽采作为煤层瓦斯防治的基础手段,在井下应用极为广泛。但由于抽采过程中钻孔周围复杂应力场的作用,导致钻孔密封段易失稳,进而使得钻孔难以达到设计要求,对本煤层瓦斯抽采造成严重的影响,为井下的安全生产埋下隐患。因此,针对钻孔密封段失稳的研究,对于提高井下瓦斯抽采效率、预防井下瓦斯灾害等重大事故的发生具有重大意义。本文通过理论试验相结合的方法,利用DNS200电子万能试验机及YYL200型电子持久蠕变试验机,对不同封孔材料充填下的含孔试样破坏过程中的表面应变、孔周位移以及分级加载下的蠕变试验进行研究;针对漏气影响下的单孔瓦斯的流量、浓度衰减规律,运用钻孔围岩的不同区域并结合弹塑性力学等知识进行分析,得到造成衰减的主要原因。取得如下研究成果:(1)基于弹塑性理论及相应强度准则,推导了预抽钻孔孔周围岩的应力分布及弹塑性区域的范围。建立了钻孔支护力作用下的瓦斯抽采钻孔力学模型,得到了钻孔密封段孔周的应力分布及孔周位移的表达式。(2)针对瓦斯预抽钻孔孔周裂纹扩展及孔周位移变化等问题,开展了含孔试样的渐进性破坏试验,利用VIC-3D非接触式全场应变观测系统对煤样破坏过程中的表面应变及孔周位移进行观测,得到了含孔试样的破坏类型及不同类型封孔材料对孔周位移变化规律的影响。(3)开展了含孔试样分级加载下的蠕变破坏试验,建立了含孔试样受力失稳破坏模型,通过拟合得到了钻孔密封段蠕变试验参数的变化规律,可为钻孔密封段蠕变失稳预防措施的选取提供借鉴。(4)针对瓦斯预抽钻空的漏气问题,通过对穿层钻孔瓦斯流量、浓度的现场跟踪监测。建立了瓦斯抽采流量的负指数关系式,得到瓦斯衰减的三个阶段及相应抽采周期,并基于钻孔周围应力与瓦斯抽采流量的相互关系,得出了单孔瓦斯衰减与钻孔周围破碎区、弹性区和塑性区应力变化的相关性。
【图文】：

技术路线图

Ⅰ-破碎区、Ⅱ-塑性区、Ⅲ-弹性区、Ⅳ-原始应力区、应力、iP-支护阻力、t -切向应力、r -径向应力、or -钻摩擦角、pR-塑性区半径、sR -破碎区半径、r-至钻孔中心图 2.1 钻孔煤岩状态及应力分布护力时，，钻孔周围煤岩体会转变为三向的受压状态
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD712.6

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈文岗;王晨阳;马云鹏;;基于瓦斯抽采量衰减分析的预抽钻孔参数优化[J];中州煤炭;2015年06期

2 王永龙;王振锋;卢卫永;宋维宾;;瓦斯抽采钻孔钻屑气固耦合运移压力损耗分析[J];中国安全生产科学技术;2015年04期

3 尹光志;何兵;李铭辉;曹偈;秦虎;李文璞;;采动过程中瓦斯抽采流量与煤层支承应力的相关性[J];煤炭学报;2015年04期

4 王振锋;周英;孙玉宁;王永龙;;新型瓦斯抽采钻孔注浆封孔方法及封堵机理[J];煤炭学报;2015年03期

5 王新伟;李辉;;瓦斯抽采钻孔漏气机理及新型封孔技术试验研究[J];煤炭技术;2015年03期

6 董贺;王佰顺;李春亭;;穿层预抽钻孔倾角与煤层气抽采效果关系的研究[J];中国安全生产科学技术;2015年02期

7 王永龙;宋维宾;孙玉宁;翟新献;王振锋;;瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型及其应用[J];重庆大学学报;2014年09期

8 陈学习;常忠乾;胡华磊;金文广;;本煤层瓦斯抽采钻孔气囊封堵带压注浆密封技术[J];煤炭工程;2014年10期

9 陈学习;李琦;常忠乾;王刚刚;;瓦斯抽采钻孔气囊延时膨胀带压注浆密封新技术[J];煤矿安全;2014年06期

10 王兆丰;武炜;;煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析[J];煤炭科学技术;2014年06期

相关重要报纸文章 前1条

1 于孟林;;推进煤炭绿色开采亟需政策支持[N];中国能源报;2012年

相关博士学位论文 前2条

1 刘春;松软煤层瓦斯抽采钻孔塌孔失效特性及控制技术基础[D];中国矿业大学;2014年

2 刘军;预抽钻孔负压沿孔长变化特性及对瓦斯抽采效果影响研究[D];河南理工大学;2014年

相关硕士学位论文 前1条

1 李松涛;封孔段钻孔失稳机制及封孔材料特性分析[D];河南理工大学;2017年

本文编号：2658278