【摘要】：煤系地層具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)特征,巷道在掘進(jìn)及使用過程中常常會出現(xiàn)嚴(yán)重的底鼓現(xiàn)象,錨桿-錨索支護(hù)技術(shù)以其優(yōu)越的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢越來越多的應(yīng)用于煤礦巷道底板支護(hù)。巷道底板錨固孔鉆進(jìn)是實(shí)現(xiàn)其錨固的關(guān)鍵環(huán)節(jié),底鼓巷道底板巖層多數(shù)含有軟弱夾層,鉆頭穿過軟弱夾層時孔壁巖石物理力學(xué)特征是其穩(wěn)定性的重要因素�，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn),在鉆進(jìn)含軟弱夾層底板錨固孔時,孔壁局部地段有掉塊、剝落現(xiàn)象,這些體積較大的渣體落到孔底后造成排渣困難,影響錨固孔成孔質(zhì)量。論文采用理論分析、數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)相結(jié)合的方法,深入系統(tǒng)地分析底板錨固孔鉆進(jìn)過程中影響錨固孔成孔質(zhì)量的因素。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):施工底板鉆孔時,鉆進(jìn)至軟弱夾層位置時鉆孔出現(xiàn)擴(kuò)徑現(xiàn)象,圍巖應(yīng)力狀態(tài)對鉆孔擴(kuò)徑影響較明顯,鉆進(jìn)動力對擴(kuò)徑的程度影響并不明顯。從能量守恒原理出發(fā),對錨固孔鉆進(jìn)過程中的能量進(jìn)行分析。在一定動力條件下,鉆頭穿過巖層交界面和軟弱夾層時,能量曲線變化較為明顯,響應(yīng)性強(qiáng)。從鉆頭鉆速和轉(zhuǎn)速的角度分析軸向推力做功與旋轉(zhuǎn)扭矩做功,發(fā)現(xiàn)鉆速、轉(zhuǎn)速與鉆頭破巖做功之間存在較好地響應(yīng)關(guān)系。鉆頭破碎巖石95%以上的能量來自于旋轉(zhuǎn)扭矩做功,而軸向推力做功相對較小,不到鉆具系統(tǒng)輸出總能量的5%,總能量的變化曲線與扭矩做功的變化曲線基本一致。鉆渣顆粒的粒徑越大,在自身重力作用下越不易排出孔外;錨固孔傾角的增大使得鉆渣易在下孔壁處堆積,與垂直鉆孔相比,傾角的增大實(shí)質(zhì)上是更有利于排渣;錨固孔的局部擴(kuò)徑對整個排渣過程影響較大,擴(kuò)徑程度越大,鉆渣滯留越嚴(yán)重。研究成果揭示了巷道底板小孔徑錨固孔孔壁失穩(wěn)原因,為高質(zhì)量錨固孔鉆進(jìn)提供理論支持。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD353
【圖文】：

論題意義炭作為我國的主要能源，在一次能源消耗結(jié)構(gòu)中所占比例仍在 50%以上。多淺部煤炭資源逐漸枯竭，煤炭資源進(jìn)入深部開采已成為世界上眾多采煤峻問題[1]。迄今為止，我國已有近 47 個礦區(qū)的開采深度超過千米，開采深2m/a 的速度增加，在東部地區(qū)已有許多礦井相繼進(jìn)入深部開采階段[2]，且年大于 20m 的速度增加，如圖 1-1 所示[3]。

圖 1-2 煤礦巷道底鼓顯現(xiàn)Fig.1-2 Condition of roadway deformation and destruction綜上所述，巷道底板錨固孔鉆進(jìn)是實(shí)現(xiàn)錨桿（索）支護(hù)的必經(jīng)步驟。錨固孔尺寸壁穩(wěn)定性是錨固質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素。成孔直徑小（三徑匹配）、鉆進(jìn)速度快、鉆度大、孔壁完整穩(wěn)定、無空氣污染是高質(zhì)量巷道底板錨固孔的重要指標(biāo)。因此，研道底板錨固孔鉆進(jìn)過程對分析解決鉆渣堵塞和部分地段鉆孔失穩(wěn)具有重要意義，同深部巷道底臌的有效治理起著重要的作用。.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀巖石鉆進(jìn)特征研究始于上世紀(jì) 50 年代，主要集中于石油鉆進(jìn)及巖土工程領(lǐng)域，學(xué)者先后在鑿巖機(jī)具動力分析、巖石破碎機(jī)理和鑿巖機(jī)性能參數(shù)測試等方面進(jìn)行了統(tǒng)的研究，取得了一些重要成果[9-14]。.2.1 國內(nèi)外巖石鉆進(jìn)特性研究現(xiàn)狀在石油鉆進(jìn)領(lǐng)域，林鐵軍[15]教授利用 ABAQUS 有限元數(shù)值模擬軟件，以空氣作

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蘇凱;孫友宏;賈瑞;;基于有限元法的鉆桿柱縱向振動分析[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2015年12期

2 張輝;程利興;常建超;;巷道底板錨索孔鉆進(jìn)粉渣運(yùn)移特征及現(xiàn)場試驗(yàn)[J];采礦與安全工程學(xué)報;2015年05期

3 張輝;程利興;常建超;;煤礦巷道底板錨索孔反循環(huán)鉆進(jìn)試驗(yàn)研究[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2015年08期

4 張廣超;何富連;;深井高應(yīng)力軟巖巷道圍巖變形破壞機(jī)制及控制[J];采礦與安全工程學(xué)報;2015年04期

5 朱麗媛;李忠華;徐連滿;劉瀚琦;;鉆進(jìn)速度對鉆桿扭矩影響的理論分析與試驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2015年03期

6 趙國法;張明明;韋猛;;基于ANSYS的某水電深孔鉆桿柱扭轉(zhuǎn)振動分析[J];甘肅水利水電技術(shù);2015年03期

7 岳中琦;;鉆孔過程監(jiān)測(DPM)對工程巖體質(zhì)量評價方法的完善與提升[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2014年10期

8 朱麗媛;李忠華;徐連滿;;鉆屑扭矩法測定煤體應(yīng)力與煤體強(qiáng)度研究[J];巖土工程學(xué)報;2014年11期

9 劉少偉;劉棟梁;馮友良;李鑫濤;尚鵬翔;;應(yīng)力狀態(tài)對煤巷頂板錨固孔鉆進(jìn)速度的影響[J];煤炭學(xué)報;2014年04期

10 劉少偉;馮友良;劉棟梁;;煤巷層狀頂板巖石鉆進(jìn)動態(tài)響應(yīng)特性數(shù)值試驗(yàn)[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2014年S1期

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1 徐鎖庚;軟巖巷道底板液壓鉆機(jī)設(shè)計理論及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2014年

2 李田軍;PDC鉆頭破碎巖石的力學(xué)分析與機(jī)理研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 李鑫濤;煤巷頂板錨固孔鉆進(jìn)特性試驗(yàn)研究[D];河南理工大學(xué);2015年

2 馮友良;巷道層狀底板錨固機(jī)理及錨固孔快速鉆進(jìn)技術(shù)研究[D];河南理工大學(xué);2014年

3 何育光;抗渦旋PDC取心鉆頭研究及應(yīng)用[D];中國石油大學(xué);2008年

4 林鐵軍;空氣鉆井中巖石力學(xué)及鉆進(jìn)過程仿真模擬[D];西南石油大學(xué);2006年

本文編號：2718115