本文選題：軟煤鉆孔　切入點：失穩(wěn)特征　出處：《河南理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：流固耦合作用下的軟煤層鉆孔失穩(wěn)破壞原因目前尚無統(tǒng)一的定論。本文通過散體力學(xué)、流體力學(xué)與固體力學(xué),借助Hoek-Brown強度理論準(zhǔn)則,基于數(shù)值模擬及實驗研究,對軟煤鉆孔周圍失穩(wěn)破壞情況進行展開分析。探討了煤層屬性對軟煤鉆孔坍塌壓力的影響,分析了在松軟煤層中,能形成穩(wěn)定鉆孔半徑的范圍;隨著摩擦角和粘聚力的不斷增大,鉆孔坍塌的可能性逐漸減小。構(gòu)建了煤體中包含孔隙的煤粒和裂隙組成的雙重結(jié)構(gòu)體,建立煤體雙重孔隙鉆孔瓦斯雙滲流數(shù)學(xué)模型;基于Hoek-Brown強度理論準(zhǔn)則,引入煤體殘余抗壓強度,修正了耦合公式的不足;建立了流固耦合失穩(wěn)模型,通過定量GSI的值,運用多物理場軟件進行解算,得到如下結(jié)論:(1)煤體強度越小,瓦斯對其影響范圍越大,其產(chǎn)生的塑性區(qū)越大。(2)對于圓形鉆孔和橢圓形鉆孔,橢圓形鉆孔周圍卸壓松動范圍更大,而圓形鉆孔更容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。(3)偏斜孔周圍有效塑性區(qū)隨著鉆孔的鉆進,鉆孔周圍不斷擴大,在鉆孔底部更容易破壞,而擴容現(xiàn)象更明顯。(4)煤體彈性模量動態(tài)變化對松軟煤層影響巨大,在進行數(shù)值模擬計算,分情況探討�；诖蜚@過程中煤與瓦斯耦合實驗研究,分析了不同瓦斯壓力對鉆孔周圍擾動及變形的影響,實驗表明:隨著氣體壓力的增大,鉆孔周圍出現(xiàn)卸壓松動范圍越大,同時孔壁變形量也越大。
[Abstract]:At present, there is no unified conclusion on the failure cause of borehole instability in soft coal seams under fluid-solid coupling. This paper is based on numerical simulation and experimental research through bulk mechanics, fluid mechanics and solid mechanics, with the aid of Hoek-Brown strength theory criterion. The instability failure around soft coal boreholes is analyzed. The influence of coal seam attributes on collapse pressure of soft coal boreholes is discussed, and the range of stable drilling radius in soft coal seam is analyzed. With the increasing of friction angle and cohesive force, the possibility of borehole collapse decreases gradually. A dual structure body consisting of coal particles and fractures in coal body is constructed, and a mathematical model of double percolation of gas in coal body with double pores is established. Based on the Hoek-Brown strength theory, this paper introduces the residual compressive strength of coal body and corrects the shortage of coupling formula, establishes the fluid-solid coupling instability model, and calculates it by using multi-physical field software through quantitative GSI. The conclusion is as follows: the smaller the strength of coal body, the greater the influence of gas on it, and the larger the plastic zone is, the larger the loosening range of relief pressure around the elliptical borehole is for circular and elliptical boreholes. The circular borehole is more likely to produce stress concentration phenomenon. (3) the effective plastic zone around the skew hole increases with the drilling, and it is more easily destroyed at the bottom of the borehole. The dynamic change of elastic modulus of coal body has a great influence on soft coal seam. The numerical simulation calculation is carried out and the case is discussed. Based on the experimental study of coal and gas coupling during drilling, the dynamic change of elastic modulus of coal body is more obvious. The influence of different gas pressure on the disturbance and deformation around the borehole is analyzed. The experimental results show that with the increase of the gas pressure, the loosening range of the relief pressure around the borehole is larger, and the deformation of the hole wall is also larger.
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712.6

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本文編號：1622073