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型煤钻孔裂隙发育的数值模拟研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

目前,随着煤层开采深度的加深,瓦斯治理愈加重要。瓦斯防治工作作为保证煤矿生产安全的主要手段也越加受到重视。煤层瓦斯压力测定作为瓦斯防治主要手段,它的准确性受到重视[1-5]

但是在煤层钻孔过中,由于受到钻孔作业影响,钻孔周围煤壁的应力平衡被打破,造成钻孔周围的裂隙发育,产生漏风通道,造成瓦斯压力测定的读数较低,这就为矿井瓦斯动力灾害的发生埋下了隐患,甚至影响矿井安全生产,造成人员与财产损失。

对此,国内外专家学者做出大量的研究,但主要在集中在封孔技术上[6-9]的研究,对于钻孔周围裂隙分布的研究却较少。为了保证矿井安全生产,瓦斯压力测定的准确性。对裂隙发育以及分布情况进行研究,可以有力地保证矿井安全生产。

三是竞争性民主选举拓宽了党管干部原则的内涵。在传统观念中,党管干部意味着党对干部任免权的垄断,干部选拔由少数人说了算,这在实践中助长了“买官卖官”等权力寻租现象的空间。竞争性民主选举使干部选拔从少数人手里解放出来,经过群众的手把德才兼备的人才选拔出来,符合党对人才工作的要求,是对党管干部原则内涵的拓宽。

1 煤层钻孔模拟实验

利用已经制备好的型煤煤柱,型煤煤柱的尺寸为100×300mm。在不施加围压的条件下,对型煤煤柱进行钻孔作业,钻孔深度20cm。钻孔完成后向钻孔内部注入浆体,使浆体渗透进入钻孔周围的裂隙当中。等到浆体凝固后,将型煤煤柱从中间刨开,可以发现浆体进入钻孔周围的裂隙内。进行统计可以得到裂隙的随钻孔深入的分布情况。如上图3所示,将型煤钻孔内部裂隙的提取出来以后,可以发现随着钻进作业的深入,钻孔的周边的煤岩体内存在着各种的裂隙,主要包括横向裂隙与纵向裂隙。将型煤的剖面进行分析,对裂隙长度以及钻孔钻入的距离进行统计整理,可以得到下图4,裂隙随钻孔深入的分布图。

当钻进距离为0.20 m时,钻孔前端周围应力减小,而后端应力恢复原始状态,应力趋于平衡,裂隙发育情况停止,在钻孔的前方应力仍存在应力集中现象,且超前应力范围明显。

  

图1 型煤钻孔后

  

图2 型煤注浆后

  

图3 裂隙提取

  

图4 型煤裂隙分布

型煤的裂隙分布反映了煤层中裂隙发育的规律,通过数据处理,得到不同含水率型煤内部的裂隙分布图,从上图中可以看出,裂隙的长度主要集中在5 mm以内,80%以上的裂隙长度均小于5 mm,20%以内的裂隙长度大于5 mm但是小于10 mm。由此可见,钻孔周围大部分裂隙的长度小于5 mm。在型煤内部钻孔的1~10 cm处,应力集中产生了大量裂隙,这是由于钻孔作业的影响,这个区域内的煤体在钻孔过程中,煤壁应力集中导致煤体承受应力超过了自身的承受极限,产生大量裂隙,且裂隙发育程度较高,存在裂隙长度长于10 mm的裂隙,在此出裂隙数量呈现发育的趋势,且在此处裂隙的数量最多,发育较为明显。而在钻孔10~20 cm处,由于此处处于峰前应力升高区,型煤处于弹性变形阶段,产生较少的新生裂隙,所以裂隙的数量呈现下降趋势。

2 数值模拟

(三)在财政层面,监管不到位,由于非税局人员力量薄弱,没有将“征、管、查”有效地结合起来,使得非税监管工作开展不到位。同时,受到财力分成的负面作用影响,对非税收入往往并不是应缴尽缴,而是会视财政调度收入进度情况和本镇街收入完成情况酌情上缴,造成人为调节收入的现象。

 

表1 被模拟煤体相关物理参数

  

体积模量K/MPa剪切模量G/MPa粘聚力C/MPa抗拉强度/MPa摩擦角ϕ/°密度ρ/kg·m-3泊松比1 0130 4650 4360 1619 713400 301

在测得型煤物理参数的基础上,利用FLAC3D软件对型煤钻孔作业时,通过分析钻孔周围应力变化请款,模拟分析在钻孔过时,钻孔周围裂隙的发育情况。在钻孔深度分别为0.04 m,0.08 m,0.12 m,0.16 m,0.20 m时,得到此时钻孔周围应力变化图如下图5所示。

  

图5 钻孔周围应力随钻孔深度变化

对上图进行分析,可以发现:当钻进距离为0.04 m时,钻孔周围的应力减小,而在钻孔的前方出现明显的应力集中区域。此时,钻孔周围煤壁产生的应力变化导致钻孔周边的煤壁产生裂隙。

当钻进距离为0.16 m时,钻孔前端周围应力减小,在距离孔口约0.1 m范围出现应力增大现象。而钻孔后部应力有所恢复,但超前应力集中的范围有所减小,型煤上部出现明显的应力增大的范围进一步扩大,裂隙发育情况趋于稳定。

当钻进距离为0.12 m时,钻孔前端周围应力减小。而此时,在钻孔的前方应力集中,受应力变化影响,钻孔前端开始出现裂隙并开始发育。同时,在钻孔的孔口位置出现明显的应力增大现象且在型煤上部出现明显的应力增大现象,部分裂隙受到应力增大的影响出现闭合。

当钻进距离为0.08 m时,钻孔周围应力减小。在钻孔的前方出现应力集中现象,在钻孔的孔口位置出现明显的应力增大现象。此时,由于钻孔周围的应力减小,钻孔前段产生裂隙,而钻孔孔口处由于应力激增,产生的裂隙继续发育,但发育速度减缓。

农田水利基本建设再超历史。共完建各类水利工程32万余处,完成土石方11亿m3。完成37座中型、2 529座小型水库除险加固任务。抓紧推进荆南四河堤防加固工程建设。已实施的73个中小河流治理项目全部完工,并完成绩效评估。35个大中型灌区续建配套与节水改造、13个大型灌排泵站更新改造项目进展顺利。完成63个中央财政小农水重点县年度建设任务,并连续三年被水利部、财政部考评为优秀等次。出台《湖北省农村供水管理办法》,全年可再解决260万农村居民饮水安全问题。治理水土流失面积1 850km2。完成47个农村水电增效扩容改造试点绩效评价工作。

2.5 重金属来源分析 元素间相关性显著和极显著,说明元素间一般具有同源关系或是复合污染,否则来源可能不止一个[14]。通常相关性强的被认为是同一来源,而较弱的相关性则暗示与其他元素来源不一致。为了解矿区周边土壤重金属Mn、Cd、Zn、Pb、Cu、Cr、Ni的污染特征,运用SPSS软件,对土壤中各重金属总量进行相关性分析。由表5 可知,各重金属之间存在不同程度的相关性,Pb和Zn之间相关系数为0.825,Cd和Ni之间相关系数为0.695,达到显著相关水平,可见Pb和Zn、Cd和Ni之间存在一定的伴生关系,可能属于同源污染物。

而在中端部分,由于应力一直呈现减小趋势。因此,在钻孔中端位置,钻孔周围煤壁裂隙一直在呈现发育趋势,裂隙闭合情况不明显,但是裂隙发育数量随着钻孔的深入而逐渐减少。

通过对钻孔过程中应力变化的分析,可以发现,以发现在钻孔过程中钻孔周围的应力变化趋势,通常表现为“先减小,后增加”的趋势。在钻孔后端周围煤壁,有应力变化开始呈现减小的趋势,导致应力平衡被打破,受应力变化的影响,钻孔周围的裂隙开始发育;随着钻孔的深入,后端钻孔周围的应力开始恢复,最后直至稳定,同时钻孔后端的裂隙发育从开始的快速发育变为缓慢发育,直至最后趋于稳定,而钻孔周围的裂隙由于受到应力变化的影响,部分闭合。

利用单轴压力机对型煤进行单轴实验,测得型煤的相关物理参数,如表1所示。

We thank L Yang, J Liu, Z C Chen and J Z Ling for their help. We are grateful for financial supports from the A*STAR, SERC 2014 Public Sector Research Funding (PSF) Grant (SERC Project No. 1421200080).

而在钻孔前端部分,由于应力集中现象明显,在钻孔前端部分会出现轻微的裂隙发育状态。所以钻孔周边裂隙的数量随钻孔深度呈现减少的趋势。

通过分析钻孔周围的应力变化,得到了促使钻孔周围裂隙发育的应力变化情况,较为准确的模拟出裂隙发育过程。通过分析,数值模拟的裂隙分布与相似模拟实验提取的裂隙分布相似。

3 结论

(1) 随着钻孔的深入,钻孔周边裂隙数量随钻孔深度呈现“先增加后减少”的趋势,型煤内部钻孔的1~10 cm处,产生大量裂隙,而在10~20 cm处,裂隙的数量呈现下降趋势

(2) 裂隙的长度主要集中在5 mm以内,80%以上的裂隙长度均小于5 mm,20%以内的裂隙长度大于5 mm但是小于10 mm。

在这种共识和前提下聚焦于一批作家的个体诗歌创作,就更能看得出新旧诗学之间的壁垒是如何融通的。这些诗人共同的特点是:先鼓吹新文化运动并从事新诗创作,后来又转向旧体诗词创作,这些作家身上流动着新旧两种诗歌范式内在的脉络。这种旧体诗词回潮现象,大致有以下几种情形:

(3) 通过模拟钻孔过程中,对钻孔周围应力变化情况的分析,可以发现在钻孔过程中钻孔周围的应力变化趋势,通常表现为“先减小,后增加”的趋势。

(4) 通过分析,数值模拟的裂隙分布与相似模拟实验提取的裂隙分布相似,较为成功的模拟出钻孔过程中,裂隙的发育过程。

参考文献

[1] 刘明举,孟磊.近年煤与瓦斯突出的统计特性及其防范措施[J]. 煤矿安全,2009,40(7):73-76.

[2] 范衡.关于我国瓦斯治理现状及存在问题[J].价值工程,2014(24):30-31.

[3] 成艳英,林柏泉,郝志勇,等.聚氨酯封孔材料双魂液混合均匀度CFD模拟[J].煤矿安全,2012,43(8):53-56.

[4] 李季.煤矿硬质聚氨酯泡沫封孔安全性能试验研究[D].北京:中国地质大学(北京),2011.

[5] 曲来明.采用新材料风控提高钻孔抽放质量[J].煤炭工程,2003(8):47-49.

[6] 翟成,向贤伟,余旭,等.瓦斯抽放钻孔柔性膏体封孔材料封孔性能研究[J].中国矿业大学学报,2013,42(6):982-988.

[7] 殷文涛,刘明举,温志辉.煤层瓦斯抽放封孔工艺研究与应用[J].煤炭工程,2011(2):31-33.

[8] 黄鑫业,蒋承林.本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究[J].煤炭科学技术,2011,39(10):45-48.

 
齐黎明,张旭锟,王国玺,徐永
《华北科技学院学报》2018年第02期文献

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