基于分数阶Maxwell蠕变模型的扩孔钻孔动态缩孔研究
常家美1
张雷1
杨淑晴1
王穗芳1
郭军伟1
张浩2
1.太原理工大学 安全与应急管理工程学院,山西 太原 0300242.太原理工大学 安全与应急管理工程学院,山西 太原 030024;晋能控股煤业集团有限公司,山西 大同 037037
摘要：扩孔增透技术已经被广泛应用于松软煤层的瓦斯抽采.然而松软煤体强度低,极易发生蠕变变形,导致钻孔严重缩孔,影响瓦斯抽采效率.针对扩孔钻孔的缩孔问题,基于平面应变假设、煤体应变软化-扩容特性、分数阶Maxwell蠕变模型及Mohr-Coulomb准则等基本力学原理,推导了扩孔钻孔四周煤体的二维黏弹塑性应力-应变解析解,构建了扩孔钻孔半径动态演化模型,并采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对钻孔的动态缩孔机理及其影响因素进行了数值分析.研究结果表明:在蠕变效应作用下,扩孔钻孔成孔后,钻孔四周煤体所受径向应力和切向应力均不随时间发生明显变化,而径向应变不断增加,导致钻孔半径逐渐减小,即钻孔发生缩孔;钻孔刚刚成孔时(0 d),孔壁处煤体的径向应变仅为 8.59%;成孔 120 d时,孔壁处煤体的径向应变增加到 35.17%,导致钻孔缩孔 68.2%;钻孔缩孔受弹性模量、黏滞性系数、分数阶阶次、扩容系数和初始地应力等参数的影响较大;具体而言,弹性模量和黏滞性系数越小,分数阶阶次、扩容系数和初始地应力越大,钻孔四周煤体的径向应变越大,钻孔缩孔越严重.
关键词：松软煤层钻孔黏弹塑性分析蠕变变形抽采钻孔扩孔增透
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52104210)中国博士后科学基金资助项目(2022M710595)山西省基础研究计划青年资助项目(202303021212073)
论文发表日期：2025-10-30
在线出版日期：2025-10-28（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 58-68 )
英文信息