煤岩塑性软化及扩容特性对钻孔密封性的影响
郝晋伟1
齐庆新2
舒龙勇3
霍中刚3
张浪3
1.煤炭科学研究总院,北京100013;煤炭科学技术研究院有限公司安全分院,北京100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京1000132.煤炭科学研究总院,北京,1000133.煤炭科学研究总院,北京100013;煤炭科学技术研究院有限公司安全分院,北京100013
摘要：钻孔密封性是钻孔瓦斯抽采的关键基础之一,而煤岩力学特性对钻孔密封参数的选择及密封效果具有重要影响作用.因此,为准确认识钻孔围岩密封环境并深入分析煤岩塑性软化及扩容特性对钻孔密封性的控制作用,进而为钻孔密封参数的合理选择提供可靠的依据.基于煤岩全应力应变曲线及煤层力学参数,通过引入煤层软化系数k及扩容系数η1和η2,在构建煤岩线弹塑性力学软化“三折线”模型的基础上,依据线性Mohr-Coulomb屈服准则,对钻孔围岩弹性区、塑性软化区及塑性流动区半径、钻孔围岩径向位移以及钻孔围岩理论密封半径等参数进行理论数值解析计算,并对相应解析结果进行对比分析.同时结合钻孔成像技术及钻孔瓦斯抽采浓度数据监测等手段,综合分析塑性软化及扩容特性对煤层钻孔密封性的影响作用.研究结果表明,与理想弹塑性模型(Kastner)解相比,受塑性软化及扩容特性共同作用下的煤层钻孔围岩径向位移及理论密封半径分别增加12.93倍和2.60倍,且在构造煤层区域内钻孔缩径现象明显.在钻孔密封参数及密封材料相同的条件下,缩径现象明显的钻孔内初始平均抽采瓦斯体积分数较相邻完整钻孔降低59％,在29 d考察期内平均抽采体积分数同比降低64.92％,瓦斯体积分数衰减率同比增加3倍.因此,塑性软化及扩容效应是造成钻孔初始密封性降低及后期抽采瓦斯衰减的主要原因之一,而采用Kastner方程求解获得的煤层钻孔围岩理论渗透半径及注浆压力等参数并不合理;同时,钻孔密封参数需应根据钻孔围岩特性进行区别选择.
关键词：煤岩塑性软化扩容效应钻孔密封数值解算瓦斯体积分数
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51874178)国家自然科学基金(51704164)中国煤炭科工集团有限公司科技创新项目(2017QN002)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 1536-1543 )
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