含水瓦斯抽采钻孔孔周煤岩蠕变损伤本构模型研究

发布时间：2021-02-03 15:28

　　瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的重要手段。然而随着抽采时间的延长,瓦斯抽采钻孔孔周煤岩的蠕变时刻都在威胁着钻孔稳定性以及煤层安全开采,同时,在井下工作面钻孔的过程中,通常会存在大量的水。水对煤岩可以产生软化、泥化作用,导致钻孔发生体积膨胀、蠕变等明显变化,随着瓦斯抽采时间延长和水含量的改变,抽采钻孔孔周煤岩蠕变损伤过程多变复杂。因此,亟需开展含水瓦斯抽采钻孔蠕变损伤规律的研究。蠕变本构模型能够很好地反映钻孔的蠕变规律,但现有的模型中很少有考虑含水损伤对钻孔蠕变特性的影响。为了更好地反映钻孔损伤破坏规律,需要从蠕变模型入手,建立能够反映蠕变全过程的含水损伤变化和声学参数变化规律的蠕变本构模型。本文通过实验室分级加载蠕变试验,采用声发射检测系统和超声波监测系统,结合现场钻孔声学效果检测,运用统计损伤力学理论知识,开展了含水瓦斯抽采钻孔孔周煤岩蠕变损伤本构模型的研究,取得以下主要研究成果:（1）发现西原模型不能很好反映加速蠕变阶段的蠕变规律,在西原模型基础上,通过串并联可描述加速蠕变阶段的黏塑性元件,对西原模型进行改进。并基于煤岩损伤定义,建立能够反映含水损伤变化和声学参数变化规律的蠕变本构模型。（... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 含钻孔煤岩蠕变本构模型的研究
        1.2.2 含钻孔煤岩水-固耦合损伤特性的研究
        1.2.3 基于声学检测技术的钻孔煤岩蠕变损伤特性研究
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 考虑不同参数变化规律的蠕变本构模型建立
    2.1 经典蠕变本构理论模型
        2.1.1 蠕变经验模型
        2.1.2 蠕变理论模型
    2.2 考虑损伤的蠕变本构模型
        2.2.1 改进的西原模型及本构方程
        2.2.2 考虑含水损伤的蠕变本构模型
        2.2.3 考虑声学参数的蠕变损伤本构模型
    2.3 本章小结
3 含水作用下孔周煤岩蠕变损伤演化规律
    3.1 不同含水率含孔煤岩蠕变损伤试验
        3.1.1 含水率试样制备
        3.1.2 蠕变试验设计及方法
        3.1.3 蠕变试验过程及结果
    3.2 不同含水率含孔煤岩损伤特性研究
        3.2.1 考虑含水损伤模型参数的演化规律
        3.2.2 含孔煤岩体损伤演化规律
    3.3 本章小结
4 瓦斯抽采钻孔蠕变损伤声学特性
    4.1 不同含水率含孔煤岩蠕变过程中声学检测试验
        4.1.1 声学试验步骤
        4.1.2 声发射试验结果及分析
        4.1.3 超声波试验结果及分析
    4.2 考虑声学参数的含水含孔煤岩损伤特性研究
        4.2.1 考虑声发射参数的损伤模型演化规律
        4.2.2 考虑超声波参数的损伤模型演化规律
        4.2.3 考虑声发射参数的损伤特征
        4.2.4 考虑超声波参数的损伤特征
    4.3 本章小结
5 瓦斯抽采钻孔蠕变损伤的声学效果检测
    5.1 现场检测概况
        5.1.1 工作面简介
        5.1.2 井下声学技术检测步骤
    5.2 检测结果及分析
        5.2.1 瓦斯抽采钻孔超声波检测效果
        5.2.2 瓦斯抽采钻孔损伤特征分析
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]孔内超声成像在铁路工程勘察中的应用[J]. 崔雷.  工程地球物理学报. 2019(05)
[2]含水率对细粒长石岩屑砂岩蠕变特征影响试验研究[J]. 姚强岭,朱柳,黄庆享,杨朴,许铮.  采矿与安全工程学报. 2019(05)
[3]含水量对混凝土非线性超声特性影响的试验研究[J]. 郑丹,刘莉.  重庆交通大学学报(自然科学版). 2019(07)
[4]深部松软煤层瓦斯抽采钻孔钻护一体化技术研究[J]. 张建国,王满,孙矩正.  煤炭科学技术. 2019(05)
[5]煤岩塑性软化及扩容特性对钻孔密封性的影响[J]. 郝晋伟,齐庆新,舒龙勇,霍中刚,张浪.  煤炭学报. 2019(05)
[6]裂隙对含孔洞砂岩力学及损伤演化特征的影响[J]. 周军华,杨坤,房凯,赵同彬,邱东卫.  中南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[7]混凝土损伤破坏的CT及声发射试验研究[J]. 刘京红,谢剑,刘永建,史攀飞,刘兴旺.  河北农业大学学报. 2019(02)
[8]基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 金俊超,佘成学,尚朋阳.  岩土力学. 2019(06)
[9]基于声发射试验的红层砂岩损伤演化特性分析[J]. 王腾飞,李远耀,徐勇,郭子正,杨钦富.  地质科技情报. 2019(04)
[10]钻孔数目对岩体强度及声发射特征的影响分析[J]. 聂鑫,周安朝.  煤矿安全. 2018(10)

博士论文
[1]考虑初始损伤效应的软岩巷道围岩时效变形损伤机理及控制对策研究[D]. 侯荣彬.中国矿业大学 2018

硕士论文
[1]煤层瓦斯抽采流固耦合数值模拟与应用研究[D]. 卢亚楠.西安科技大学 2018
[2]参数非定常的软岩非线性黏弹塑性流变本构模型研究[D]. 薛永涛.北京交通大学 2017
[3]岩石的巴西劈裂破坏及声发射特征试验研究[D]. 司凯.河南理工大学 2017
[4]红层岩石蠕变特性及其非线性本构模型研究[D]. 徐达.西南交通大学 2016
[5]瓦斯抽采钻孔开孔参数测量系统设计与实现[D]. 田炎鑫.煤炭科学研究总院 2014
[6]松软煤层煤壁浅孔注水防片帮技术研究[D]. 周大为.安徽理工大学 2009
[7]层理岩石声学特性及其爆炸荷载作用下损伤特征试验研究[D]. 王文冰.中国地质大学（北京） 2009
[8]巨厚层土中大直径超长钻孔灌注桩承载性状的应用研究[D]. 刘小平.中南大学 2004



本文编号：3016740