泥质软岩锚固孔钻渣泥化黏附特征及影响因素
付孟雄1
黄帅帅2
刘少伟3
贺德印3
贾后省3
姚丙傲4
席晓龙4
1.新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验,新疆乌鲁木齐 830023;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 4540002.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 4540003.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 4540004.河南省新郑煤电有限责任公司,河南新郑 451100
摘要：锚固孔钻进是煤矿巷道围岩锚固控制的必经环节,成孔质量直接影响锚固施工效率以及锚固剂与围岩界面的锚固黏结作用.泥质软岩锚固孔钻进时存在抱钻、卡钻现象,钻渣遇水泥化难以排出是制约其快速高质量成孔的瓶颈.因此,利用理论分析及实验室试验方法,对含高岭石泥质软岩锚固孔钻渣泥化黏附机理及影响因素展开了研究.结果表明:高岭石晶层表面电负性较强的氧原子会吸附水分子中的氢原子形成氢键,并不断吸水扩层,最终形成多层水分子的"水膜".钻渣表面高岭石黏粒对水的吸附作用,使钻渣同样被"水膜"包覆,同时随着非泥质矿物的不断溶解以及钻渣颗粒的吸水膨胀,钻渣颗粒间距缩小,极易被彼此"水膜"间范德华力捕获,使彼此聚集形成黏聚体.钻渣自身"水膜"与钻头表面产生的静电力以及与钻头表面"水膜"形成整体结构的界面张力作用是造成钻渣黏附的主要原因,其中静电力在钻渣泥化黏附过程中发挥了重要作用.钻渣泥化程度随钻渣粒径、液渣比、钻具搅拌转速及时长、K+离子浓度的增加而降低,酸性溶液也会对钻渣泥化产生抑制作用.试验范围内各因素对钻渣泥化抑制的显著程度按照由大到小的顺序依次为:液渣比、钻渣粒径、搅拌时长、搅拌转速、pH及K+离子浓度.提出了钻渣泥化抑制对策,调整钻头结构,提高进液压力,增加钻具成孔转速,调整钻进液组分,可削弱泥质钻渣与水的泥化反应程度,降低其对钻具的黏附作用.研究成果可为提高泥质软岩锚固孔成孔质量、成孔效率及锚固支护效果提供一定理论参考.
关键词：泥质软岩锚固孔钻进泥化钻渣钻渣黏附钻渣泥化影响因素
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室开放基金资助项目(KLXGY-KB2410)国家自然科学基金(52104083)河南省科技攻关资助项目(242102321105)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 862-876 )
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