煤层钻孔损伤区半径理论研究

煤层瓦斯抽采钻孔塌孔问题严重制约瓦斯抽采效率,进而影响煤矿安全生产。文章基于弹塑性理论,建立了煤体钻孔力学模型,推导了煤体钻孔损伤区半径的解析解,根据5种不同普氏系数煤样的力学测试参数,计算并分析了普氏系数、地应力和侧压系数对钻孔损伤区半径的影响规律,结果表明:钻孔损伤区半径随着煤体普氏系数增大呈负指数减小,随着地应力增大线性增大;侧压系数小于1.0时,水平方向的损伤区半径大于垂直方向损伤区半径,而侧压系数大于1.0时,水平方向的损伤区半径小于垂直方向损伤区半径。此研究将为煤体钻孔损伤区半径的理论预测及防治塌孔而采取必要措施提供理论依据。

煤层钻孔损伤区半径的影响研究

煤层钻孔塌孔等问题制约了瓦斯抽采效率,严重影响着煤矿的安全生产,研究煤体钻孔损伤区半径问题,为解决煤层钻孔抽采的塌孔问题具有重要意义。选取了4种不同硬度的煤样,分别进行单轴压缩、巴西劈裂和坚固性系数测定试验,得到各煤样的基本力学参数。基于此,建立了煤层钻孔力学模型,数值分析了地应力、侧压系数和坚固性系数对煤层钻孔损伤区半径的影响。研究结果表明:随着地应力增大,煤体钻孔损伤区半径竖直方向逐渐减小、水平方向逐渐增大;随着侧压系数增大,竖直方向损伤半径逐渐增大,水平方向逐渐减小;随着煤体坚固性系数增大,钻孔损伤区半径逐渐减小。

基于损伤理论的卸压钻孔围岩特性分析

为了研究卸压钻孔施工后围岩应力及变形场分布规律,在基于岩石非线性脆性损伤本构模型及连续损伤理论的基础上,对非均匀应力场钻孔围岩损伤区范围及应力进行求解,得到钻孔围岩发生损伤时的初始地应力和极限地应力及损伤区半径的解析式。基于解析表达式,通过算例分析钻孔围岩侧压系数和围岩角度对初始损伤地应力的影响以及钻孔围岩脆性参数、侧压系数等对围岩损伤区半径及极限损伤地应力的影响。分析结果表明:非均匀应力场钻孔围岩发生初始损伤时的地应力同时与侧压系数和围岩角度相关;岩石的脆性参数对围岩损伤区半径及极限损伤地应力的影响与损伤度有关;而钻孔围岩发生一定程度损伤时的极限地应力受到围岩脆性参数、侧压系数的影响。

考虑非线性峰后损伤的圆形巷道围岩稳定性分析

为研究巷道围岩的稳定性,考虑围岩损伤后弹性模量的变化,采用统一强度准则,对巷道围岩进行极限平衡状态分析,推导出巷道损伤区半径及应力分布的解析表达式,通过算例分析损伤区弹性模量、中间主应力和扩容对理论解的影响。结果表明:损伤区半径随扩容系数的增大而增大;随着损伤区弹性模量的增大,损伤区半径逐渐增大,切向应力峰值逐渐减小且距离巷道壁面越远;中间主应力系数越大,损伤区半径越小,切向应力峰值越大且离巷道壁面越近。

纤维增强沥青混凝土路面抗裂性能的黏弹性损伤分析

为了研究芳纶纤维增强沥青混凝土路面的抗裂性能,通过劈裂试验和细观复合材料力学对比研究,确定了芳纶纤维的合理掺量为质量含量0.2%;应用黏弹性理论确定了芳纶纤维增强沥青混凝土的松弛模量;应用有限元数值计算的方法,对已含裂缝芳纶纤维增强沥青混凝土路面进行了黏弹性与损伤的耦合分析,分析了芳纶纤维含量对平均损伤因子、损伤区半径、断裂区半径的影响。分析结果表明:质量含量为0.2%的芳纶纤维增强沥青混凝土路面的松弛损伤因子比无纤维时减少了8.38%,损伤区半径和断裂区半径分别减小了66.34%和64.16%;这3个参数都充分表明,芳纶纤维增强沥青混凝土路面的力学性能和耐久性都有明显地改善,可提高低温抗裂能力。