专利汇可以提供一种确定松软煤层抽采钻孔最佳塑性区范围的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种确定松软 煤 层抽采钻孔最佳塑性区范围的方法,根据测量的实验 煤层 物理 力 学参数,采用COMSOL模拟 软件 建立钻孔围岩模型;然后得出各自钻孔半径下的模拟塑性区半径;并得出上述选择的不同钻孔半径下的计算模型区半径;然后根据模拟塑性区半径修正塑性区半径计算公式,找出塑性区范围随钻孔半径的实际变化规律;接着在实验煤层上划分抽采区域,测量相同时间内不同塑性区半径对应的瓦斯混合流量和瓦斯纯流量;最后得出混合流量相对钻孔塑性区半径差值的变化量及纯流量相对钻孔塑性区半径差的变化量;根据变化量数据,确定两者变化量最大值对应的塑性区半径为最佳塑性区范围。从而为松软煤层抽采钻孔提供数据 支撑 。,下面是一种确定松软煤层抽采钻孔最佳塑性区范围的方法专利的具体信息内容。
1.一种确定松软煤层抽采钻孔最佳塑性区范围的方法,其特征在于,具体步骤为:
A、测量及计算所需实验煤层的物理力学参数,所述参数包括弹性模量、体积模量、内聚力、内摩擦角、抗拉强度和密度;
B、基于步骤A得到的各个物理力学参数,利用COMSOL模拟软件建立钻孔围岩模型;
C、选择多个不同钻孔半径,利用COMSOL软件在钻孔围岩模型内模拟各个不同钻孔半径下的塑性区范围分布云图,进而确定各个不同钻孔半径下的模拟塑性区半径;
D、利用已知的塑性区半径计算公式求出步骤C中多个不同钻孔半径的计算塑性区半径,所述塑性区半径计算公式为:
式中:Rp为计算塑性区半径;P为原岩应力;a为钻孔半径;C为煤体的内聚力;Φ为煤体的内摩擦角;其中,P、C和Φ均为步骤A测得的常数;
然后根据模拟塑性区半径修正塑性区半径计算公式,找出塑性区范围随钻孔半径的实际变化规律,具体为:
将各个不同钻孔半径下的模拟塑性区半径和计算塑性区半径均绘制在钻孔半径-塑性区半径变化图内,进而能得出模拟塑性区半径和计算塑性区半径的差值随钻孔半径呈一次函数变化;即R差=ka+c;当钻孔半径a为0时,R差=0,则c=0;然后利用两点式求出k的平均值;从而得出模拟塑性区半径修正塑性区半径计算公式为;RP修=RP+ka;最终根据修正公式可知,当钻孔半径a增大时,钻孔周围的塑性区范围也会增大;
E、先得出实验煤层已钻孔的钻孔半径,然后以该钻孔半径为基础,每增加0.005~
0.01m选择一种钻孔半径值,共选择五种不同的钻孔半径;在实验煤层上划分五个抽采区域,每个抽采区域内分别选择一种钻孔半径进行钻孔施工;各个抽采区域内施工的钻孔数量相同;最后根据各个抽采区域选择的钻孔半径带入步骤D的修正公式得出各个抽采区域的塑性区半径;测量相同时间内各个抽采区域抽采的瓦斯混合流量、浓度和瓦斯纯流量;进而得出不同塑性区半径对应的瓦斯混合流量和瓦斯纯流量;
F、根据步骤E得出的数据,计算相邻两个塑性区半径差值及其对应的瓦斯混合流量差值和瓦斯纯流量差值,共得出四个塑性区半径差值及各自对应的瓦斯混合流量差值和瓦斯纯流量差值;然后各个塑性区半径差值的瓦斯混合流量差值和瓦斯纯流量差值,分别除以各自的塑性区半径差值,从而得出混合流量相对钻孔塑性区半径差值的变化量及纯流量相对钻孔塑性区半径差的变化量;最后根据变化量数据,确定两者变化量最大值对应的塑性区半径为最佳塑性区范围。
2.根据权利要求1所述的一种确定松软煤层抽采钻孔最佳塑性区范围的方法,其特征在于,所述步骤B建立的钻孔围岩模型为二维平面模型,由于模型具有对称性,故只取一半进行模拟;钻孔位于左边界中心,模型下边界采用固定约束,左边界采用对称边界,右边界采用水平约束边界,顶部采用均布载荷,用于模拟上覆岩体的自重边界。
3.根据权利要求1所述的一种确定松软煤层抽采钻孔最佳塑性区范围的方法,其特征在于,所述步骤C具体确定模拟塑性区半径的过程为:在塑性区范围分布云图中,沿云图中的钻孔半径设定一条水平截线,输出这条截线上的有效塑性应变数据,有效塑性应变为0的点对应的X值即为塑性区半径。
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