煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔縮徑相似實驗研究.pdf

1、當穿膨脹性泥巖鉆進瓦斯抽采孔時，鉆孔內膨脹性泥巖遇水快速膨脹易造成抱鉆、鉆具夾死等孔內事故，嚴重影響鉆孔施工效率及煤礦安全生產。因此，研究煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔縮徑變形規(guī)律，減少鉆孔縮徑抱鉆孔內事故，對煤礦瓦斯災害防治具有重要意義。
　　本文采用理論與試驗相結合的方法，根據濕度應力場理論，對煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔在恒定濕度應力場、地應力場耦合作用下孔壁應變的解析解求解，建立了孔壁徑向膨脹應變隨時間的變化關系式。并通過數值模擬及實驗室相

2、似試驗對求解結果進行驗證分析。主要研究成果如下：
　　①基于濕度應力場理論的耦合方程，結合煤礦井下穿層鉆孔的特點，求解了煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔在恒定濕度應力場、地應力場耦合作用下，兩種濕度變化函數所對應的孔壁應變的解析解。引入膨脹應變時間閾值，推導了兩種濕度變化函數所對應的鉆孔孔壁徑向膨脹應變隨時間的變化關系式。
　?、诶肁NSYS軟件溫度應力場模塊，得出鉆孔孔壁徑向濕度變化函數滿足關系：220()raWrW。確定出鉆孔孔壁

3、應變解析解及孔壁徑向膨脹應變隨時間的變化關系式。恒定濕度應力場下不同地應力、不同初始孔徑鉆孔的孔壁最大位移模擬值與理論值之間相對誤差分別為4.32％和4.68%，驗證了所得孔壁應變解析解的正確性。結果表明：煤礦穿膨脹性泥巖鉆孔孔壁由濕度應力場產生的膨脹應變分量主要隨泊松比μ變化，在總變形中起主導作用；不同地應力下，相同初始孔徑的鉆孔孔壁最終徑向膨脹應變與地應力呈線性關系；相同地應力下，不同初始孔徑的鉆孔孔壁徑向膨脹應變相等。