本文關(guān)鍵詞：采動區(qū)瓦斯抽采鉆井固井套管的力學(xué)特性研究

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【摘要】：地面鉆井抽采采動卸壓煤層及采空區(qū)瓦斯是一種有效的瓦斯治理方法,然而由于受開采活動的影響,當(dāng)回采工作面推過地面鉆井位置時,鉆井往往容易發(fā)生破壞,從而使得鉆井喪失抽采效能。本論文采用理論分析、實驗室試驗、數(shù)值模擬與現(xiàn)場應(yīng)用相結(jié)合的方法,設(shè)計并構(gòu)建了套管剪切破壞的實驗平臺,分別研究了套管層數(shù)的變化和雙層套管間填充材料的變化對套管力學(xué)特性的影響,通過與數(shù)值模擬的方法相結(jié)合得出了地面鉆井套管剪切破壞規(guī)律,研究成果在山西余吾煤礦進(jìn)行了實際應(yīng)用。通過理論分析和采用FLAC3D軟件模擬計算煤層的開采過程,得到采空區(qū)上覆巖層的移動變形規(guī)律:(1)在煤層的開采過程中,采場上覆巖層的非均勻移動與變形對地面鉆井套管的破壞作用很大,而地面鉆井的破壞主要有以下兩種破壞模式:拉伸破壞模式和剪切破壞模式;(2)隨著工作面不斷向前推進(jìn),發(fā)生拉伸破壞和剪切破壞的區(qū)域范圍逐漸擴(kuò)大,塑性破壞區(qū)域在距頂板23.2~48.2m范圍內(nèi)最為集中,甚至在最高距頂板90.4m處的巖層也出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破壞,而且主要靠近進(jìn)回風(fēng)側(cè)0~30m范圍內(nèi)。通過研究套管層數(shù)的變化和雙層套管間填充材料的變化對套管力學(xué)特性的影響,得出以下結(jié)論:(1)雙層套管服務(wù)壽命和最大位移變形量分別為單層套管的2.5倍和2.33倍,表明使用雙層套管可以提高套管的抗剪切性能,延長套管使用壽命;(2)雙層套管所能承受的最大載荷力和切應(yīng)力與雙層套管間的填充材料有關(guān),套管間填充材料的硬度越大,所能承受的最大載荷力和切應(yīng)力越大,當(dāng)雙層套管所受載荷力較大時(超過自身所能承受的最大載荷力),雙層套管間填充材料的硬度越小,套管的服務(wù)壽命越長久;(3)從工程實踐的角度考慮,應(yīng)向雙層組合套管間填充水泥漿液,不僅套管的抗變形能力和服務(wù)壽命都得到了提高,而且還具有操作起來方便簡單和成本低廉等優(yōu)點,性價比極高。研究成果在山西余吾煤礦進(jìn)行了工業(yè)試驗,地面鉆井抽采瓦斯效果顯著:3#鉆井的瓦斯抽采總量約為1#鉆井和2#鉆井的2倍,且抽采時間最長。表明通過對雙層組合套管間填充水泥砂漿,套管的抗變形與破壞能力得到了顯著提高。
【關(guān)鍵詞】：地面鉆井 雙層套管 剪切破壞 瓦斯抽采
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712.6
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 變量注釋表16-17
• 1 緒論17-25
• 1.1 研究背景與意義17-19
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-23
• 1.3 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線23-25
• 2 采場上覆巖層移動對地面鉆井變形破壞影響25-34
• 2.1 采動對采場變形的影響25-27
• 2.2 采動對上覆巖層變形破壞的數(shù)值模擬27-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 3 地面鉆井套管剪切力學(xué)特性試驗34-54
• 3.1 試驗系統(tǒng)的構(gòu)建34-39
• 3.2 試驗過程39-43
• 3.3 試驗結(jié)果及分析43-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 4 地面鉆井套管剪切破壞的數(shù)值分析54-65
• 4.1 套管形狀變化54-56
• 4.2 數(shù)值模型的建立56-58
• 4.3 模擬結(jié)果的分析58-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 5 工業(yè)性試驗65-77
• 5.1 試驗區(qū)域概況65-67
• 5.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計67-69
• 5.3 瓦斯抽采效果分析69-75
• 5.4 本章小結(jié)75-77
• 6 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 主要結(jié)論77-78
• 6.2 創(chuàng)新點78
• 6.3 研究展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 作者簡歷82-84
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集84

【相似文獻(xiàn)】

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