針對煤礦井下高瓦斯軟煤順層長鉆孔排渣困難、成孔率低、施工困難等問題,通過數值模擬實驗研究了井下深部軟煤體變形破壞特征,分析了順層長鉆孔孔周松軟煤體變形特征及應力變化,以揭示順層長鉆孔孔周松軟煤體變形產渣規律。研究表明:深部高瓦斯軟煤順層鉆孔孔周煤體的應力平衡臨界條件破壞后將發生大體積突然垮落;鉆孔水平最大變形位移為1. 22mm,垂直方向最大變形位移為10. 7mm;徑向孔周煤體垂向變形呈現逐漸減小趨勢,且垂向變形明顯大于鉆孔水平變形。在水平方向上,鉆孔孔周煤體應力分布呈現先增大再逐漸減小的變化規律,徑向距離對水平應力分布的影響逐漸減小;隨著徑向距離的增加,鉆孔孔周煤體應力分布逐漸降低,鉆孔孔壁處煤體的應力出現最大值,且垂直方向處應力值最大。

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【部分圖文】：

圖1孔周非連續單顆粒煤體受力分布圖

式中，σeff為有效應力，MPa;σc為骨架應力，MPa;Pp為孔隙壓力，MPa;α為煤層有效應力系數。取孔周煤體單一質點建立極坐標分析，可分別計算出半徑為r處質點煤體徑向與切向應力如式(2)與式(3)所示:

圖2數值模擬計算模型示意圖

本次數值計算模型主要變量參數包括松軟煤層埋深與距鉆孔中心的徑向距離，建立的數值模型如圖2所示，計算的模型尺寸為1000mm×1000mm×1000mm，鉆孔直徑為95mm。模型尺寸與鉆孔直徑在水平方向之比大于10，故模型邊界四周及底板均設置為固定位移邊界。垂向受地應力及采動應力作....

圖3深部軟煤層孔周煤體水平變形位移

深部軟煤層孔周煤體垂向位移如圖4所示，數值模擬結果顯示，深部軟煤順層鉆孔孔周煤體在垂直方向上發生擠壓變形，且鉆孔孔周煤體變形最大處位于鉆孔徑向直徑最小處，其最大垂向位移為10.7mm。沿著鉆孔徑向分布，孔周煤體垂向變形呈現逐漸減小趨勢，且垂向變形明顯大于鉆孔水平變形。分析可知，在....

圖4深部軟煤層孔周煤體垂向位移

圖3深部軟煤層孔周煤體水平變形位移為了降低深部高瓦斯軟煤順層深孔垮孔風險，鉆孔過程中應盡量減少鉆孔應力集中。鉆孔變形失效的初始原因即為應力平衡條件被破壞，在深部高瓦斯軟煤層鉆孔過程中，應避免鉆具對鉆孔孔壁的二次破壞，防止處于應力平衡臨界條件的孔周煤體因鉆孔擾動而發生大體積突然垮....

本文編號：3996563