钻孔膨胀剂温度对煤体裂隙发育规律的影响

发布时间：2020-05-17 19:51

【摘要】：钻孔膨胀剂在水化反应过程中,释放的反应热在孔内积聚,并将温度传导至孔附近的煤体表面,孔壁周围煤体受热,致使煤体的力学性质发生改变并形成热损伤区域,最终在膨胀力的作用下致裂煤体。为确定钻孔膨胀剂温度对煤体裂隙发育规律的影响,进行了一系列的实验研究,为钻孔膨胀剂在井下应用提供理论依据与指导。通过改变水灰比、缓凝剂及其它外加剂材料掺量,测定膨胀剂最高反应温度在99~160.4℃之间;其膨胀压力范围为11.96~18.95MPa。对比分析实验结论,确定了不同温度钻孔膨胀剂的配比参数。通过对不同温度型煤试件进行力学参数及变形特性实验,确定了温度对煤体力学性质的影响规律:温度在0~100℃阶段时,煤体的抗压强度随温度的升高而降低,其弹性模量随温度升高而减小;当加热温度在100℃~180℃阶段时,型煤试件的抗压强度随温度的增加而升高,其弹性模量随温度增加而增加;试件的破裂形态主要有剪切、拉伸和锥形三种破坏形式。基于场应变及红外热成像监测系统,开展了不同温度钻孔膨胀剂致裂实验,其结果表明:钻孔周围煤体表面的温度梯度值随孔内部膨胀剂温度的提高而提高,距孔4cm处时,煤体表面的温度不再发生明显变化,表明温度传导有效距离为4cm;钻孔周围煤体在温度和膨胀力的作用下,在试件的边界条状损伤区域萌生微裂纹,且裂纹逐渐扩大并从边界向孔中心延展,直至裂纹贯通煤体试件。图48幅;表12个;参53篇。
【图文】：

即生成胶体，并强烈释放热量力致裂机理致裂机理如图 2 所示，a 为钻孔膨胀剂中的钻孔膨胀剂水化反应过程中释放的反成温度梯度场。温度改变了钻孔附近煤束或内部各区域之间的变形约束，由于热应力，进而改变煤岩体的力学及变形。黄鑫等人通过数值模拟研究了热应力在热应力作用下时，随温度的升高，因力表现为压应力，，外部区域的热应力表先在边界萌生，随着裂纹的扩展，热量纹的萌生及扩展逐渐降低[51]。

胀力致裂机理院在断裂力学专家金宗哲博士的领导下，廖，开展了膨胀压作用下岩石与混凝土的劈裂岩石的破坏或劈裂过程分为三个阶。钻孔膨一阶段：钻孔中的膨胀剂反应产生的膨胀生径向压应力r 和切向拉应力 ，在应力值时拉应力 所产生微裂的区域称为损伤区， S 区域所示；第二阶段：随时间的增长，一阶段产生的损伤区作为介质向孔外传播膨，如图 3 中 T 区域所示；第三阶段：当膨的裂纹首先扩展到达自由面，使物体劈裂。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD713

【参考文献】

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6 李岩;马芹永;;静态破碎剂反应温度变化规律的试验与分析[J];地下空间与工程学报;2013年06期

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本文编号：2669091