煤层钻孔失稳破坏的数值模拟研究.pdf

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1、第22卷第9期中国矿业VoI．22，No．92013年9月CHINAMININGMAGAZINESep．2O13煤层钻孔失稳破坏的数值模拟研究张飞燕。，韩颖，杨志龙(1．河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作454000；2．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作454000；3．河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一省部共建国家重点实验室培育基地，河南焦作454000)摘要：高瓦斯松软煤层、软硬复合煤层和突出煤层深孔钻进是公认的世界性难题，煤层钻孑L失稳破坏机理研究是破解该难题的基础与关键所在。为此，本文基于钻孔力学模型，运用数值模拟方法，对煤层钻孔周围的应力场、位移场分布规

2、律进行了分析与探讨，得出了钻孔的破坏形式。研究表明：煤层钻孑L主要以剪切破坏为主，孔壁处呈“V”状破坏和小部分拉伸破坏，孔周煤体深部呈共轭的“X”状剪切破坏；钻孔周围应力环境、煤层瓦斯压力、外界人为影响为影响钻孔稳定性的主要因素关键词：煤层钻孔；失稳；破坏形式；数值模拟；剪切破坏中图分类号：TD712．6文献标识码：A文章编号：1004—4051(2013)09—01i5-03NumericaisimulationofboreholefailureincoalseamZHANGFei—yan．HANYing．YANGZhi—long(1．SchoolofSafetyScience

3、andEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China；2．SchoolofEnergyScienceandEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China；3．StateKeyLaboratoryCultivationBaseforGasGeologyandGasControl(HenanPolytechnicUniversity)，Jiaozuo454000，China)Abstract：Itiswellknownthatthedeephol

4、edrillinginhighgassoftcoalseam，hardandsoftcompoundcoalseamandoutbursteoalseamiSaworldwideproblem。instablefailuremechanismofboreholeincoa1seamiSthefundamenta1andkeyresearchtOsolveabove-mentioneddifficultproblem．Therefore，basedonmechanicsmodelofborehole，distributionlawofstressfieldanddisplaceme

5、ntfieldaroundboreholeincoalseamwasanalyzedanddiscussedbyusingnumerieaisimulationmethod，andfailuremodeofboreholewasacquired．Researchresultsshowthatshearfailureistheprimaryfailuremode，“V”typefailureandsometensilefailureexistinboreholewall。conjugated“X”typeshearfailureexistsinthedeeppartofcoalbo

6、dyaroundborehole；stressenvironmentaroundborehole，coalbedgaspressureandhumaninfluencearemainfactorswhichcanimpactboreholestability．Keywords：boreholeincoalseam；instability；failuremode；numericalsimulation；shearfailure高瓦斯松软煤层、软硬复合煤层和突出煤层深以来，众多研究者针对上述难题进行了大量深入细孔钻进是公认的世界性难题，已成为制约部分高瓦致地研究，但其焦点多集中在钻孔

7、施工装备及工艺斯和煤与瓦斯突出矿井瓦斯治理效果的瓶颈。长期的改进方面[1]，少数研究者对煤层钻孔施工过程中发生的某些现象进行了初步分析与探讨]。上述研究工作取得了一定成效，钻孔深度有所提高，但离收稿日期：2013-02—20瓦斯治理的需求尚远，煤层深孔钻进难题并未得到根基金项目：河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室一省部共建国家本解决。究其根源，在于对煤层钻孑L失稳破坏机理认重点实验室培育基地开放基金项目资助(编号：WS2012A09)；河南理工大学博士基金项目资助(编号：B200