本文以構(gòu)造煤為研究對象,通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬等方法,研究了多級擴(kuò)孔條件下構(gòu)造煤損傷變形特征。通過三軸試驗(yàn)研究了構(gòu)造煤的基本力學(xué)性質(zhì)。推導(dǎo)了三軸條件下構(gòu)造煤損傷本構(gòu)模型,并對本構(gòu)模型參數(shù)進(jìn)行了討論。配制了相似材料,利用自制的多級擴(kuò)孔模擬鉆具研究了多級擴(kuò)孔條件下構(gòu)造煤中鉆孔井壁圍巖變形特征和變形機(jī)理。利用FLAC~(3D)數(shù)值模擬軟件對鉆孔井壁圍巖位移和應(yīng)力分布進(jìn)行了分析。得到了如下主要結(jié)論:(1)構(gòu)造煤的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以分為壓密變形、彈性變形、屈服變形、破壞、殘余變形五個變形階段。二次密實(shí)會導(dǎo)致煤樣的密實(shí)階段越來越不明顯。圍壓增加是構(gòu)造煤煤樣剛度增加的主要原因。構(gòu)造煤煤樣的泊松比并不是定值比一般巖石的泊松比略大。(2)利用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論,假設(shè)構(gòu)造煤微元強(qiáng)度符合Weibull分布,得到了構(gòu)造煤統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型,求出了模型參數(shù),并確定了其物理意義。得到了圍壓增加會使構(gòu)造煤由脆性特征趨向于塑性特征且平均強(qiáng)度增加的結(jié)論。(3)得到了鉆孔井壁圍巖各方向的變形特征。第一次鉆進(jìn)后,第一次擴(kuò)孔鉆進(jìn)后90°方向影響最大,其次為0°方向和180°方向,再次為45°方向和135°方向,再次為225°方向和315°方向,270°方向影響范圍最小。第二次鉆進(jìn)(第一次擴(kuò)孔)后,第二次鉆進(jìn)后270°方向影響最大,其次為225°方向和315°方向,再次為45°方向和135°方向,再次為180°方向和0°方向,90°方向影響范圍最小。第三次鉆進(jìn)(第二次擴(kuò)孔)后,第三次鉆進(jìn)后270°方向影響最大,其次為225°方向和315°方向,再次為45°方向和135°方向,再次為180°方向和0°方向,90°方向影響范圍最小。通過數(shù)值模擬對試驗(yàn)?zāi)M的位移分布進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果證明有較好的吻合性。(4)揭示了多級擴(kuò)孔條件下鉆孔井壁圍巖變形機(jī)理:鉆孔井壁圍巖變形是構(gòu)造煤的材料屬性、巖體重力作用、應(yīng)變軟化現(xiàn)象、巖體受壓后的擴(kuò)容現(xiàn)象四者者綜合作用的結(jié)果。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P618.11
【部分圖文】：

該往復(fù)式可變徑多級擴(kuò)孔模擬裝置可自動為多級擴(kuò)孔模擬實(shí)驗(yàn)提供了試驗(yàn)儀器支持。破碎，不易開展實(shí)驗(yàn)，為模擬多級擴(kuò)孔往復(fù)式鉆具在計(jì)調(diào)配了與構(gòu)造煤物理力學(xué)性質(zhì)相似的模擬材料，并相似材料力學(xué)性質(zhì)的影響。孔模擬試驗(yàn)與分析置于特制的模型箱中，利用應(yīng)變片測量多級擴(kuò)孔過程往復(fù)式多級擴(kuò)孔鉆進(jìn)過程中對圍巖變形的影響。FLAC3D數(shù)值模擬對鉆孔變形特征開展研究級擴(kuò)孔條件下井壁圍巖的變形特征以及應(yīng)力分布規(guī)軟件，建立了多級擴(kuò)孔模型。在研究井壁圍巖應(yīng)力了圍巖質(zhì)點(diǎn)位移規(guī)律和圍巖內(nèi)應(yīng)力分布。圖 (Technical Roadmap)路線圖如圖 1-1 所示。

9圖 2-2 制作好的煤樣Figure.2-2 The produced coal specimens本實(shí)驗(yàn)型煤制備過程中所使用的壓力機(jī)為 10 噸 C 型液壓機(jī)（如圖 2-3），該液壓機(jī)主要由千斤頂、液壓刻度表盤等部件組成。其具體參數(shù)如表 2-2 所示壓制模具為定制的空心圓柱體鋼筒（如圖 2-4），該鋼筒由底座、鋼芯、套模三部分組成，其具體參數(shù)如表 2-3 所示。

需將型煤煤樣烘干后置于干燥箱中備用。構(gòu)造煤篩分過程如圖2-1 所示。壓制成型的煤樣如 2-2 所示。圖 2-1 篩分構(gòu)造煤Figure 2-1 Screening Tectonically Deformed Coal圖 2-2 制作好的煤樣Figure.2-2 The produced coal specimens本實(shí)驗(yàn)型煤制備過程中所使用的壓力機(jī)為 10 噸 C 型液壓機(jī)（如圖 2-3），該液壓機(jī)主要由千斤頂、液壓刻度表盤等部件組成。其具體參數(shù)如表 2-2 所示。壓制模具為定制的空心圓柱體鋼筒（如圖 2-4），該鋼筒由底座、鋼芯、套模三部分組成，其具體參數(shù)如表 2-3 所示。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2845523