突出松软煤层钻杆卡钻力学机理研究

发布时间：2017-05-29 14:07

  本文关键词：突出松软煤层钻杆卡钻力学机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国许多煤矿是高瓦斯矿井和突出矿井,煤层透气性低,煤与瓦斯突出灾害十分严重,所以“双四位一体”综合防突措施对于煤层瓦斯灾害的防治有着重要意义。由于突出煤层往往也是松软煤层,在施工抽采钻孔、预测和效果检验孔时,常常因为钻进发生卡钻而导致钻孔深度低、成孔率低,防突措施实施不到位,预测与效果检验结果不准确,影响煤矿的安全高效生产。为解决以上问题,需要对钻进卡钻机理进行研究,并提出解决方案。本文针对突出松软煤层钻进过程中常发生的卡钻现象,首先基于力学机理对螺旋钻杆机械排粉过程中煤粉颗粒的运动规律与圆钻杆压风排粉过程中煤粉颗粒的运动规律进行系统的分析,同时运用岩石力学理论分析钻孔周围应力分布与破坏区半径,依靠RFPA数值模拟软件对钻孔破坏区范围进行模拟,结合理论分析结果确定破坏区范围和钻孔变形量,从而确定钻进过程中煤粉的产生量,对于鹤壁六矿,42mm钻孔产粉量是理想状态的3.32倍,75mm钻孔产粉量是理想状态的3.11倍,113钻孔产粉量是理想状态的2.13倍;从控制钻进速度的角度提出消除或减少卡钻现象发生的办法;经过在鹤壁六矿2123上顺槽与2145上顺槽应用不同类型的钻杆进行现场工程应用,确定了该方法是有效可行的,具有重要的理论和实际意义。研究结果表明:突出松软煤层钻进过程中发生卡钻现象是由于钻进速度过快,导致产出的煤粉量大于排出煤粉能力所致。所以控制钻进速度,减少单位时间产粉量,及时排出钻孔内煤粉,可以很大程度的降低卡钻几率。在工程应用的过程中,控制钻进速度后,钻孔深度提高了一倍,成孔率也大大提高,达到了高效钻进的目的。
【关键词】：突出松软煤层 螺旋钻杆 圆钻杆 卡钻 力学机理
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD713
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 选题背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 钻进工艺理论研究现状11-13
• 1.2.2 孔洞周围煤岩体变形研究现状13-14
• 1.2.3 存在的问题14
• 1.3 研究内容与技术路线14-17
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 技术路线15-17
• 2 螺旋钻杆与圆钻杆排粉力学机理分析17-27
• 2.1 螺旋钻杆排粉力学机理分析17-21
• 2.1.1 煤粉运动分析17-19
• 2.1.2 煤粉运动速度分析19-20
• 2.1.3 螺旋钻杆单位时间排煤量分析20-21
• 2.1.4 螺旋钻杆钻速分析21
• 2.2 圆钻杆排粉力学机理分析21-24
• 2.2.1 煤粉运动分析21-23
• 2.2.2 煤粉运动速度与输送量分析23-24
• 2.3 本章小结24-27
• 3 卡钻现象机理分析27-31
• 3.1 卡钻现象影响因素分析27-29
• 3.2 本章小节29-31
• 4 钻孔周围煤体应力分布的理论研究与数值分析31-57
• 4.1 煤体的原岩应力分布规律31-32
• 4.2 钻孔周围煤体的弹性应力分布32-35
• 4.2.1 钻孔周围煤体物性的基本假设32-33
• 4.2.2 钻孔周围煤岩体弹性应力分布方程33-34
• 4.2.3 侧压系数对钻孔周围煤体弹性应力分布的影响34-35
• 4.3 钻孔周围煤体的弹塑性应力分布35-40
• 4.3.1 钻孔周围煤体弹塑性状态圈状模型35-36
• 4.3.2 钻孔周围煤体弹塑性区应力分布解析36-40
• 4.4 现场实例分析40-41
• 4.5 钻孔周围岩体应力分布数值分析41-55
• 4.5.1 RFPA的基本情况介绍41-43
• 4.5.2 数值模型的建立43-45
• 4.5.3 数值模拟结果及分析45-55
• 4.6 本章小结55-57
• 5 防止卡钻技术研究及工程应用57-67
• 5.1 防止卡钻技术研究57-60
• 5.1.1 钻杆与钻进技术的优化改进57-58
• 5.1.2 单位时间排煤量分析58-59
• 5.1.3 单位时间产煤量分析59-60
• 5.2 鹤壁六矿工程应用60-64
• 5.2.1 试验区概况60-61
• 5.2.2 工程应用61-64
• 5.2.3 工程应用效果分析64
• 5.3 本章小结64-67
• 6 结论与展望67-69
• 6.1 结论67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-75
• 作者简历75-76
• 学位论文数据集76

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