钻杆直径及钻进速度对钻屑量影响试验研究

钻杆直径和钻进速度不统一造成钻屑量差异显著,使得现场钻屑量指标测定准确性无法保证。考虑深部开采条件下水平地应力作用不可忽略,建立了钻孔周围平面应变力学模型,引入有效应力推导得到单位长度钻屑量理论公式,经与现场钻屑量对比分析,验证了理论公式正确性,提出现场钻杆直径42 mm为宜。利用自主研制的三维应力煤体钻屑量检测试验装置,进行了不同钻杆直径及钻进速度钻屑量试验,得到钻杆直径及钻进速度与钻屑量间关系规律。结果表明:钻杆直径由12 mm增加至18 mm时,钻屑量均值和极大值均随钻杆直径增加而增大,均呈抛物线规律递增。对钻屑量均值与理论值进行对比分析,确定最优钻杆直径为16 mm。基于最优钻杆直径,钻进速度为2,2.5,3,3.5 mm/s时,钻屑量极大值为10.8,11.6,12.3,13.0 g,增加了7.4%,6.0%,5.7%,其增加幅度逐渐减小;同时钻屑量均值分别为9.34,10.14,10.8,11.20 g,增加了8.57%,6.51%和3.70%,呈幂函数递增规律。利用钻屑量指标法预测煤矿动力灾害时,应统一设定钻进速度及钻杆直径尺寸,提高预测准确性和可靠性。     

有效应力对石门揭煤突出影响分析和试验研究

石门揭煤突出是我国煤矿突出强度最大、破坏最为严重的动力灾害。考虑深部开采条件,引入有效应力,应用折叠突变模型推导得到临界有效应力与揭煤面面积间关系表达式,给出不同埋深最大揭煤面面积,分析临界有效应力与揭煤面面积关系规律。以阜新孙家湾煤矿埋深1 100 m突出煤层为研究对象,选用型煤试件,利用自主研制的三轴突出模拟仪进行石门揭煤突出模拟试验。期间对型煤试件施加轴压、围压和孔隙压,模拟突出煤层所处应力环境。改变突出弱面面积(30.19,34.21,38.48 cm2)模拟石门揭煤面面积对突出影响。结果表明:临界有效应力与揭煤面面积间呈递增关系,理论值与试验值增加趋势一致,验证临界有效应力公式有效性;临界有效应力、揭煤面面积是影响石门揭煤突出强度主要因素;突出区域煤粉分布具有波动特性,随临界有效应力和揭煤面面积增加,揭煤处附近突出能量增大,突出强度增加。所得结论对预防石门揭煤突出有重要参考意义。