【摘要】：鉆孔膨脹劑在水化反應(yīng)過程中,釋放的反應(yīng)熱在孔內(nèi)積聚,并將溫度傳導(dǎo)至孔附近的煤體表面,孔壁周圍煤體受熱,致使煤體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變并形成熱損傷區(qū)域,最終在膨脹力的作用下致裂煤體。為確定鉆孔膨脹劑溫度對煤體裂隙發(fā)育規(guī)律的影響,進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究,為鉆孔膨脹劑在井下應(yīng)用提供理論依據(jù)與指導(dǎo)。通過改變水灰比、緩凝劑及其它外加劑材料摻量,測定膨脹劑最高反應(yīng)溫度在99~160.4℃之間;其膨脹壓力范圍為11.96~18.95MPa。對比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論,確定了不同溫度鉆孔膨脹劑的配比參數(shù)。通過對不同溫度型煤試件進(jìn)行力學(xué)參數(shù)及變形特性實(shí)驗(yàn),確定了溫度對煤體力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律:溫度在0~100℃階段時,煤體的抗壓強(qiáng)度隨溫度的升高而降低,其彈性模量隨溫度升高而減小;當(dāng)加熱溫度在100℃~180℃階段時,型煤試件的抗壓強(qiáng)度隨溫度的增加而升高,其彈性模量隨溫度增加而增加;試件的破裂形態(tài)主要有剪切、拉伸和錐形三種破壞形式�；趫鰬�(yīng)變及紅外熱成像監(jiān)測系統(tǒng),開展了不同溫度鉆孔膨脹劑致裂實(shí)驗(yàn),其結(jié)果表明:鉆孔周圍煤體表面的溫度梯度值隨孔內(nèi)部膨脹劑溫度的提高而提高,距孔4cm處時,煤體表面的溫度不再發(fā)生明顯變化,表明溫度傳導(dǎo)有效距離為4cm;鉆孔周圍煤體在溫度和膨脹力的作用下,在試件的邊界條狀損傷區(qū)域萌生微裂紋,且裂紋逐漸擴(kuò)大并從邊界向孔中心延展,直至裂紋貫通煤體試件。圖48幅;表12個;參53篇。
【圖文】：

即生成膠體，并強(qiáng)烈釋放熱量力致裂機(jī)理致裂機(jī)理如圖 2 所示，a 為鉆孔膨脹劑中的鉆孔膨脹劑水化反應(yīng)過程中釋放的反成溫度梯度場。溫度改變了鉆孔附近煤束或內(nèi)部各區(qū)域之間的變形約束，由于熱應(yīng)力，進(jìn)而改變煤巖體的力學(xué)及變形。黃鑫等人通過數(shù)值模擬研究了熱應(yīng)力在熱應(yīng)力作用下時，隨溫度的升高，因力表現(xiàn)為壓應(yīng)力，，外部區(qū)域的熱應(yīng)力表先在邊界萌生，隨著裂紋的擴(kuò)展，熱量紋的萌生及擴(kuò)展逐漸降低[51]。

脹力致裂機(jī)理院在斷裂力學(xué)專家金宗哲博士的領(lǐng)導(dǎo)下，廖，開展了膨脹壓作用下巖石與混凝土的劈裂巖石的破壞或劈裂過程分為三個階。鉆孔膨一階段：鉆孔中的膨脹劑反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹生徑向壓應(yīng)力r 和切向拉應(yīng)力 ，在應(yīng)力值時拉應(yīng)力 所產(chǎn)生微裂的區(qū)域稱為損傷區(qū)， S 區(qū)域所示；第二階段：隨時間的增長，一階段產(chǎn)生的損傷區(qū)作為介質(zhì)向孔外傳播膨，如圖 3 中 T 區(qū)域所示；第三階段：當(dāng)膨的裂紋首先擴(kuò)展到達(dá)自由面，使物體劈裂。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD713

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2669091