凍結法鑿井技術在礦井建設中占有重要地位,起著舉足輕重的作用。凍結管是凍結鑿井中凍結壁形成與維護的關鍵,一旦斷裂將造成鹽水泄漏、凍結壁融化,甚至釀成淹井事故。凍結管斷裂具有突發(fā)性且易引起連鎖反應,嚴重威脅鑿井安全。因此,在目前斷管事故時有發(fā)生,斷管發(fā)現不及時的背景下,本文采用室內試驗、模型試驗、數值模擬的方法,研究揭示凍結管斷裂瞬間的聲發(fā)射信號特征及其傳播衰減特性,為斷管事故聲發(fā)射探測技術研發(fā)奠定理論基礎。首先,針對凍結管所處之特殊工況,開展了凍結管斷裂聲發(fā)射問題的室內試驗方法研究。通過室內試驗,獲得了以彈模主要變化指標的多種凍土相似材料配方�；凇皟鐾翆�+凍結管(含內襯管接頭)”工況原型,通過模型試驗的手段,進行了斷管試件的簡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)射試驗所采用的試件模型。為保證模型試驗能有效模擬實際工況中凍結管斷裂聲發(fā)射特性,通過試驗驗證了斷管聲發(fā)射相似準則的有效性�；谀Ｐ驮囼灲Y果,對試驗獲取的斷管信號進行了去噪及特征信號的識別提取研究。而后,通過模擬凍結管不同工況開展試件試驗,分別獲得了純拉及彎拉斷裂型式下,凍結管徑厚比、凍土彈模、加載方式等多種因素對斷管聲發(fā)射信號的特征參數,如頻率范圍、幅值的影響規(guī)律。其次,通過數值模擬的手段,基于試驗獲取的斷管聲發(fā)射信號頻率范圍、主頻等參數,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、管接頭數量等復雜因素對聲波沿凍結管傳播衰減特性、衰減系數的影響規(guī)律。最終,綜合分析模型試驗、數值模擬研究成果,獲得了斷管聲發(fā)射信號可探測距離及識別判據。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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 試件制作關鍵步驟實物圖Figure 2-1 The key steps during sample production驗結果及分析試驗機獲取每個試樣的單軸壓縮最大軸向荷載，并根據試樣的應力~應變曲模量。取每組五個試樣的有效測量值的算術平均值作為該試驗組號的單軸抗模量。試驗結果見表 2-4。表 2-4 凍土相似材料試驗結果Table 2-4 Test results of soil similar materials試驗組號 密度/（g/cm3） 單軸抗壓強度/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試驗結果進行總體分析，發(fā)現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 模擬接頭實物圖Figure 2-3 Simulated joint模型凍結管進行預拉伸，為得出預拉伸對模型預拉伸與未預拉伸的對比試驗。驗中凍結管沒有采用與實際工況中相同的內襯工線切割開槽的形式，使此處壁厚減小，強度中，由于模型凍結管壁厚很薄，且壁厚并非完次開槽深淺完全一致，為了探究管壁開槽深淺深淺之間的對比試驗研究。的鋼管斷裂形態(tài)對比圖。圖 2-5 給出了模型凍下斷管信號的試驗結果。圖 2-5 中所示的三種用 20 1，管原長均為 55cm，預拉伸試驗中， 22mm。模型凍結管模擬接頭在管中點位置，b）類似。由于本試驗為前期探索性試驗，為保，聲發(fā)射采樣率設置為 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，對模型凍結管進行預拉伸，為得出預拉伸試件斷裂聲發(fā)射帶來的影響，進行了預拉伸與未預拉伸的對比試驗。外，由于試驗條件的限制，在室內試驗中凍結管沒有采用與實際工況中相同，只是通過在模型凍結管外壁進行人工線切割開槽的形式，使此處壁厚減小以此來模擬接頭處斷裂。在這個過程中，由于模型凍結管壁厚很薄，且壁厚，在進行線切割開槽時，很難保證每次開槽深淺完全一致，為了探究管壁開斷管聲發(fā)射的影響，有必要進行開槽深淺之間的對比試驗研究。 2-4 為原狀鋼管與經過線切割開槽后的鋼管斷裂形態(tài)對比圖。圖 2-5 給出了否預拉伸、接頭處開槽不同程度情況下斷管信號的試驗結果。圖 2-5 中所示斷管對比試驗中，所用模型凍結管采用 20 1，管原長均為 55cm，預拉伸試所述的預拉伸設計值，預拉伸量均為 22mm。模型凍結管模擬接頭在管中點試件示意圖及傳感器布置和圖 2-6（b）類似。由于本試驗為前期探索性試驗存在的較高頻信號也能被有效獲取，聲發(fā)射采樣率設置為 1MHz，試件軸0=300mm（D0=20mm，為模型凍結管外徑），徑向尺寸 D=10D0=200mm。

【參考文獻】

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本文編號：2817856