高壓水射流在松軟煤層中鉆深長孔的實驗研究.pdf

1、在煤礦開采過程中，由于現(xiàn)有煤礦普通鉆孔技術(shù)受煤層地質(zhì)條件影響，在松軟煤層鉆孔過程中易塌孔、卡鉆，致使鉆孔深度受限，影響煤礦瓦斯抽采及礦井安全。本論文依托國家自然科學基金創(chuàng)新群體基金項目“高壓水射流破巖理論及其在地下工程中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究（50621403）”，通過高壓水射流沖孔破煤巖的實驗，分析了高壓水射流水力參數(shù)對煤巖沖孔破碎的影響，并運用CT掃描測試技術(shù)對沖孔后的煤巖損傷情況進行了層析掃描測試，從掃描結(jié)果得知沖孔后的煤巖體周邊發(fā)育良好

2、，無明顯裂隙。結(jié)合水射流沖蝕煤巖的實驗數(shù)據(jù)和CT掃描結(jié)果，建立了高壓水射流鉆深長孔的數(shù)值計算模型，對比分析了高壓水射流鉆深長孔與普通鉆孔的位移變化及高壓水射流鉆深長孔的應(yīng)力分布狀況，最后通過在重慶市某煤礦進行的現(xiàn)場實驗對理論分析的結(jié)果進行了驗證。
　　本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　①根據(jù)煤巖強度實驗，得知試件最大單軸抗壓強度均值為2.01MPa，彈性模量均值為0.061GPa，泊松比均值為0.22，為后續(xù)的數(shù)值計算提供

3、了數(shù)值依據(jù)。
　?、诟邏核淞鳑_孔破碎煤巖實驗結(jié)果顯示，沖孔深度隨泵壓呈二次曲線關(guān)系增加，隨靶距呈三次曲線關(guān)系減少。并且高壓水射流沖孔破碎的過程是射流的沖擊載荷和射流準靜態(tài)壓力共同作用的結(jié)果，其中又以沖擊載荷的作用為主。
　?、蹖_孔后的煤樣進行了CT掃描測試，從結(jié)果分析中得知高壓水射流沖孔后的煤巖體無明顯裂隙發(fā)育，孔周煤巖損傷較小。
　　④通過實驗室及現(xiàn)場應(yīng)用測試數(shù)據(jù)，建立了高壓水射流鉆孔與普通鉆孔相比較的二維模型以

4、及高壓水射流在松軟煤層中鉆深長孔的三維模型。計算結(jié)果表明，高壓水射流鉆孔后的孔周位移變形隨時間步長的增加均小于常規(guī)鉆孔，成孔效果較好。隨著鉆孔深度的不斷增加，高壓水射流噴嘴對煤巖沖擊的端部效應(yīng)明顯，高壓水對鉆孔中后部的煤巖孔壁具有一定的支撐力作用，表明高壓水射流在松軟煤層中鉆深長孔具有很好的固孔作用。
　　⑤通過在重慶市某煤礦的現(xiàn)場實驗應(yīng)用，高壓水射流的鉆孔深度最深可達147米，平均孔深是常規(guī)鉆孔深度的2～3倍，平均鉆進速度是常規(guī)