抽采钻孔孔周煤岩体变形破坏规律及其漏气位置检测研究

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在松软煤层打钻抽采瓦斯,对煤岩体进行卸压是降低松软煤层瓦斯含量以及消除瓦斯突出的先决条件。然而,松软煤层在形成过程中,受到严重的构造破坏,煤质较软,松软煤层抽采钻孔时常会发生钻孔塌孔、径缩以及开裂等问题,不仅形成大面积的漏气通道,也会阻塞瓦斯流出通道,最终致使松软煤层瓦斯抽采效率大幅度降低,为煤矿安全生产埋下隐患。因此,开展瓦斯抽采钻孔孔周煤岩体渐进性变形破坏的研究,对于提高松软煤层瓦斯抽采效率、保障矿井高效抽采具有重大意义。本文通过理论分析与实验室试验相结合的方法,利用DNS200电子万能试验机及数字图像相关技术,得到抽采钻孔孔周煤岩体渐进性变形破坏规律,通过现场工业试验得到了井下瓦斯抽采钻孔的漏气情况。取得了如下研究成果:(1)根据线性孔隙弹性模型,推导了钻孔施工前后钻孔孔周煤岩体的应力分布,对于任何水平应力值,临界位置均保持不变。此外,如果水平应力相等,则切向应力和轴向应力恒定且与钻孔周围切向应力的方向无关。(2)为研究抽采钻孔渐进性破坏的变形规律,利用数字图像相关技术获得了含钻孔试样破坏的图像序列,并计算得到了试样表面的应变及位移,引用应力门槛值对含钻孔试样渐进性破坏过程更精确的划分分区进行研究。系统分析了试样整体变形规律以及钻孔孔周位移变化规律。(3)钻孔孔周裂隙萌生阶段处于峰值应力的38.47%~52.05%之间,这意味着处于应力集中区内的钻孔段极易产生裂隙。孔周裂隙破坏阶段处于应力峰值的62.08%~76.14%之间,此时试样表面的裂隙开始贯通,这意味处于破碎区内的钻孔段极易产生贯通裂隙,形成漏气通道。(4)为研究抽采钻孔孔周煤岩体渐进性破坏的裂隙扩展规律,采用DSCM系统观测试样在变形全过程中的动态裂隙发展演变,试样局部化变形起始于峰值点之前,约为峰值轴向位移80%时。孔周煤壁位移与裂隙周围位移速率都是在峰值应力点附近发生突变,说明孔周煤壁位移和孔周煤岩内部裂隙的发生时间具有一致性。造成试样破坏的主要裂隙类型是张开、错动混合型裂隙。(5)开展了抽采钻孔漏气位置检测现场试验,将抽采钻孔孔周煤岩体裂隙扩展规律应用于分析瓦斯抽采钻孔漏气原因当中,指出了抽采钻孔孔周煤岩体裂隙扩展导致的漏气通道,给出了抽采钻孔漏气通道的判定方法,初步形成了一种抽采钻孔漏气位置检测的方法。
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