凍結(jié)法鑿井技術(shù)在礦井建設(shè)中占有重要地位,起著舉足輕重的作用。凍結(jié)管是凍結(jié)鑿井中凍結(jié)壁形成與維護(hù)的關(guān)鍵,一旦斷裂將造成鹽水泄漏、凍結(jié)壁融化,甚至釀成淹井事故。凍結(jié)管斷裂具有突發(fā)性且易引起連鎖反應(yīng),嚴(yán)重威脅鑿井安全。因此,在目前斷管事故時(shí)有發(fā)生,斷管發(fā)現(xiàn)不及時(shí)的背景下,本文采用室內(nèi)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬的方法,研究揭示凍結(jié)管斷裂瞬間的聲發(fā)射信號(hào)特征及其傳播衰減特性,為斷管事故聲發(fā)射探測(cè)技術(shù)研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。首先,針對(duì)凍結(jié)管所處之特殊工況,開(kāi)展了凍結(jié)管斷裂聲發(fā)射問(wèn)題的室內(nèi)試驗(yàn)方法研究。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn),獲得了以彈模主要變化指標(biāo)的多種凍土相似材料配方�；凇皟鐾翆�+凍結(jié)管(含內(nèi)襯管接頭)”工況原型,通過(guò)模型試驗(yàn)的手段,進(jìn)行了斷管試件的簡(jiǎn)化及其軸向及徑向尺寸的優(yōu)化研究,從而確定了斷管聲發(fā)射試驗(yàn)所采用的試件模型。為保證模型試驗(yàn)?zāi)苡行M實(shí)際工況中凍結(jié)管斷裂聲發(fā)射特性,通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了斷管聲發(fā)射相似準(zhǔn)則的有效性。基于模型試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)試驗(yàn)獲取的斷管信號(hào)進(jìn)行了去噪及特征信號(hào)的識(shí)別提取研究。而后,通過(guò)模擬凍結(jié)管不同工況開(kāi)展試件試驗(yàn),分別獲得了純拉及彎拉斷裂型式下,凍結(jié)管徑厚比、凍土彈模、加載方式等多種因素對(duì)斷管聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù),如頻率范圍、幅值的影響規(guī)律。其次,通過(guò)數(shù)值模擬的手段,基于試驗(yàn)獲取的斷管聲發(fā)射信號(hào)頻率范圍、主頻等參數(shù),激發(fā)特定頻率的聲波代替其同頻成分,研究掌握了土性變化、凍土彈模、管接頭數(shù)量等復(fù)雜因素對(duì)聲波沿凍結(jié)管傳播衰減特性、衰減系數(shù)的影響規(guī)律。最終,綜合分析模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬研究成果,獲得了斷管聲發(fā)射信號(hào)可探測(cè)距離及識(shí)別判據(jù)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD265.3
【部分圖文】：

（c）試樣端面打磨 （d）壓縮破壞后的試樣圖 2-1 試件制作關(guān)鍵步驟實(shí)物圖Figure 2-1 The key steps during sample production驗(yàn)結(jié)果及分析試驗(yàn)機(jī)獲取每個(gè)試樣的單軸壓縮最大軸向荷載，并根據(jù)試樣的應(yīng)力~應(yīng)變曲模量。取每組五個(gè)試樣的有效測(cè)量值的算術(shù)平均值作為該試驗(yàn)組號(hào)的單軸抗模量。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2-4。表 2-4 凍土相似材料試驗(yàn)結(jié)果Table 2-4 Test results of soil similar materials試驗(yàn)組號(hào) 密度/（g/cm3） 單軸抗壓強(qiáng)度/Mpa 彈性模量/Mpa1 2.13 5.14 735.82 2.12 4.40 593.43 2.10 3.41 472.34 2.06 2.54 357.85 2.01 2.21 247.66 1.91 0.98 110.5試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總體分析，發(fā)現(xiàn)相似材料的密度分布較均勻，主要在 2.0 g/c

件模型l of freezing pipe圖 2-3 模擬接頭實(shí)物圖Figure 2-3 Simulated joint模型凍結(jié)管進(jìn)行預(yù)拉伸，為得出預(yù)拉伸對(duì)模型預(yù)拉伸與未預(yù)拉伸的對(duì)比試驗(yàn)。驗(yàn)中凍結(jié)管沒(méi)有采用與實(shí)際工況中相同的內(nèi)襯工線切割開(kāi)槽的形式，使此處壁厚減小，強(qiáng)度中，由于模型凍結(jié)管壁厚很薄，且壁厚并非完次開(kāi)槽深淺完全一致，為了探究管壁開(kāi)槽深淺深淺之間的對(duì)比試驗(yàn)研究。的鋼管斷裂形態(tài)對(duì)比圖。圖 2-5 給出了模型凍下斷管信號(hào)的試驗(yàn)結(jié)果。圖 2-5 中所示的三種用 20 1，管原長(zhǎng)均為 55cm，預(yù)拉伸試驗(yàn)中， 22mm。模型凍結(jié)管模擬接頭在管中點(diǎn)位置，b）類似。由于本試驗(yàn)為前期探索性試驗(yàn)，為保，聲發(fā)射采樣率設(shè)置為 1MHz，試件軸向尺寸

Figure 2-2 The indoor test specimen model of freezing pipefractureFigure 2-3 Simulated joint于在澆筑管外凍土相似材料之前，對(duì)模型凍結(jié)管進(jìn)行預(yù)拉伸，為得出預(yù)拉伸試件斷裂聲發(fā)射帶來(lái)的影響，進(jìn)行了預(yù)拉伸與未預(yù)拉伸的對(duì)比試驗(yàn)。外，由于試驗(yàn)條件的限制，在室內(nèi)試驗(yàn)中凍結(jié)管沒(méi)有采用與實(shí)際工況中相同，只是通過(guò)在模型凍結(jié)管外壁進(jìn)行人工線切割開(kāi)槽的形式，使此處壁厚減小以此來(lái)模擬接頭處斷裂。在這個(gè)過(guò)程中，由于模型凍結(jié)管壁厚很薄，且壁厚，在進(jìn)行線切割開(kāi)槽時(shí)，很難保證每次開(kāi)槽深淺完全一致，為了探究管壁開(kāi)斷管聲發(fā)射的影響，有必要進(jìn)行開(kāi)槽深淺之間的對(duì)比試驗(yàn)研究。 2-4 為原狀鋼管與經(jīng)過(guò)線切割開(kāi)槽后的鋼管斷裂形態(tài)對(duì)比圖。圖 2-5 給出了否預(yù)拉伸、接頭處開(kāi)槽不同程度情況下斷管信號(hào)的試驗(yàn)結(jié)果。圖 2-5 中所示斷管對(duì)比試驗(yàn)中，所用模型凍結(jié)管采用 20 1，管原長(zhǎng)均為 55cm，預(yù)拉伸試所述的預(yù)拉伸設(shè)計(jì)值，預(yù)拉伸量均為 22mm。模型凍結(jié)管模擬接頭在管中點(diǎn)試件示意圖及傳感器布置和圖 2-6（b）類似。由于本試驗(yàn)為前期探索性試驗(yàn)存在的較高頻信號(hào)也能被有效獲取，聲發(fā)射采樣率設(shè)置為 1MHz，試件軸0=300mm（D0=20mm，為模型凍結(jié)管外徑），徑向尺寸 D=10D0=200mm。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2817856