深部松软煤层钻孔孔周煤体变形产渣特征研究

发布时间：2024-06-28 19:24

　　针对煤矿井下高瓦斯软煤顺层长钻孔排渣困难、成孔率低、施工困难等问题,通过数值模拟实验研究了井下深部软煤体变形破坏特征,分析了顺层长钻孔孔周松软煤体变形特征及应力变化,以揭示顺层长钻孔孔周松软煤体变形产渣规律。研究表明:深部高瓦斯软煤顺层钻孔孔周煤体的应力平衡临界条件破坏后将发生大体积突然垮落;钻孔水平最大变形位移为1. 22mm,垂直方向最大变形位移为10. 7mm;径向孔周煤体垂向变形呈现逐渐减小趋势,且垂向变形明显大于钻孔水平变形。在水平方向上,钻孔孔周煤体应力分布呈现先增大再逐渐减小的变化规律,径向距离对水平应力分布的影响逐渐减小;随着径向距离的增加,钻孔孔周煤体应力分布逐渐降低,钻孔孔壁处煤体的应力出现最大值,且垂直方向处应力值最大。

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【部分图文】：

图1孔周非连续单颗粒煤体受力分布图

式中，σeff为有效应力，MPa;σc为骨架应力，MPa;Pp为孔隙压力，MPa;α为煤层有效应力系数。取孔周煤体单一质点建立极坐标分析，可分别计算出半径为r处质点煤体径向与切向应力如式(2)与式(3)所示:

图2数值模拟计算模型示意图

本次数值计算模型主要变量参数包括松软煤层埋深与距钻孔中心的径向距离，建立的数值模型如图2所示，计算的模型尺寸为1000mm×1000mm×1000mm，钻孔直径为95mm。模型尺寸与钻孔直径在水平方向之比大于10，故模型边界四周及底板均设置为固定位移边界。垂向受地应力及采动应力作....

图3深部软煤层孔周煤体水平变形位移

深部软煤层孔周煤体垂向位移如图4所示，数值模拟结果显示，深部软煤顺层钻孔孔周煤体在垂直方向上发生挤压变形，且钻孔孔周煤体变形最大处位于钻孔径向直径最小处，其最大垂向位移为10.7mm。沿着钻孔径向分布，孔周煤体垂向变形呈现逐渐减小趋势，且垂向变形明显大于钻孔水平变形。分析可知，在....

图4深部软煤层孔周煤体垂向位移

图3深部软煤层孔周煤体水平变形位移为了降低深部高瓦斯软煤顺层深孔垮孔风险，钻孔过程中应尽量减少钻孔应力集中。钻孔变形失效的初始原因即为应力平衡条件被破坏，在深部高瓦斯软煤层钻孔过程中，应避免钻具对钻孔孔壁的二次破坏，防止处于应力平衡临界条件的孔周煤体因钻孔扰动而发生大体积突然垮....

本文编号：3996563