含瓦斯软煤钻孔塌孔机制及多孔材料填充护孔特性

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51504252
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0408.安全科学与工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Soft coal seams containing high gas exist in over 53.3% of coal mines across China. Coal and gas outburst occurs in these coal seams most frequently. However, gas control is greatly difficult in such places. Currently, gas drainage using boreholes is the main gas control method. Unfortunately, this method has technical problems which include difficulty of drilling, easy deformation and collapse of boreholes. Thus, it is urgent to study the deformation and collapse mechanism of soft gassy coal considering the effects of high geostress and drilling disturbance. Based on stress and strain relationship of soft coal, this program will propose the failure criterion of soft gassy coal. The mechanical model of borehole stability will be established for the quantitative analysis of relation between borehole stability, drilling loads, gas seepage and geostress. Moreover, this program will present new method of retaining boreholes in which particles of porous material are conveyed to fill boreholes. The seepage characteristics and the mechanical response of granular materials in boreholes will be studied. The influence of porous filling on borehole stability will be determined. This program will reveal the time-space evolution law of borehole deformation in soft coal influenced by the coupling effect of gas seepage, geostress and supporting stress. The achievements of the program can provide scientific guidance for drilling engineering of gas drainage in mining areas that contain soft coal seams.
我国53.3%以上的煤矿赋存有松软高瓦斯煤层,是煤与瓦斯突出事故易发、频发的主要区域。松软煤层瓦斯治理非常困难,目前主要依靠井下钻孔抽采,但是软煤钻孔存在钻进难、易变形、易塌孔等技术难题,亟需研究解决高地应力作用和钻进扰动下含瓦斯软煤钻孔变形垮塌机制这一关键课题。本项目基于软煤的应力应变关系,提出含瓦斯软煤的破坏准则,建立钻进动载荷影响下钻孔坍塌失稳的力学模型,定量分析钻孔稳定性与钻进载荷、瓦斯渗流和地应力的关系,揭示钻进扰动下含瓦斯软煤钻孔塌孔机制。提出气力输送多孔材料颗粒填充钻孔的新护孔方法,分析颗粒材料孔内渗流特征和支撑孔壁的力学响应,研究多孔材料充填对钻孔稳定性的影响规律,揭示煤层瓦斯渗流、地应力和支护应力耦合作用下软煤钻孔形变的时空演化规律。研究成果可为我国松软煤层矿区瓦斯抽采钻进工程提供科学指导。

结项摘要

针对高地应力软煤钻进扰动下钻孔塌孔和成孔后钻孔稳定性问题,本研究本节分析了软煤钻进时钻头切削体与煤岩体之间的接触应力分布。实验分析了钻进动载荷作用下松软煤体的应力应变特性,开展了动载荷作用下软煤单轴、三轴压缩实验,得到了煤体塑性、屈服及失稳发生的条件参数;考虑了孔隙压力沿钻孔径向的非线性分布特征,结合有效应力原理以及围岩非线性孔隙压力分布特征,基于软煤破坏特征的广义Hoke-Brown强度准则作为软煤破坏判据,对钻孔弹性区和塑性区应力进行了理论推导,得到了钻进动载荷影响下钻孔坍塌失稳的力学模型,分析了地质强度指标GSI、软煤钻进动载荷扰动系数D、应力不均衡系数λ、原始瓦斯压力对煤层钻孔稳定性的影响,引用参数R/D对钻孔稳定性等级划分。结合案例计算结果表明,地质强度指标GSI和应力不均衡系数λ是影响钻孔稳定的关键因素。钻孔周围瓦斯压力梯度变化,对抽采钻孔的稳定性影响不应被忽略;实验研究了三轴应力下含瓦斯软煤分级加载蠕变变形特性,考虑到软煤在蠕变各个阶段的特征,并引入损伤变量对软煤的粘性系数进行修正,建立了软煤粘弹塑性非线性蠕变本构模型,并推导出该模型的三维蠕变本构方程。以该模型为基础,借助数值模拟的方法分析了裸孔、不同强度充填支护后钻孔的稳定性;搭建了多孔材料充填体压缩-渗流实验平台,实验测试了聚苯乙烯(EPS)泡沫、聚氨酯(PU)泡沫、聚丙烯(EPP)泡沫四种不同充填强度材料颗粒体的压缩应变-渗流特性,测试了四种材料不同粒径充填体、多粒径1:1体积比混合、不同材质组合颗粒充填体的抽采导流能力变化规律,分析了在钻孔变形应力加载条件下不同几何特征尺度、充填强度、加载量对充填体导流能力的影响,为实际工程技术应用提供最佳工艺参数。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
A differential-integral transform method for solving the 1-D heat diffusion equation
求解一维热扩散方程的微积分变换法
  • DOI:
    10.2298/tsci17s1089l
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Thermal Science
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Liu Chun;Zhong Weiping;Ren Hao;Wu Ben;Xia Tongqiang
  • 通讯作者:
    Xia Tongqiang
An integral transform applied to solve the steady heat transfer problem in the half-plane
求解半平面稳态传热问题的积分变换
  • DOI:
    10.2298/tsci17s1105x
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Thermal Science
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Xia Tongqiang;Yan Shengping;Liang Xin;Zhang Pengjun;Liu Chun
  • 通讯作者:
    Liu Chun
Application of a non-linear viscoelastic-plastic rheological model of soft coal on borehole stability
软煤非线性粘弹塑性流变模型在井眼稳定性中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.jngse.2016.03.026
  • 发表时间:
    2016-11-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF NATURAL GAS SCIENCE AND ENGINEERING
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu, Chun;Zhou, Fubao;Xia, Tongqiang
  • 通讯作者:
    Xia, Tongqiang
高强内支撑护孔管提高瓦斯抽采钻孔稳定性技术应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    能源与环保
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李卫彬;翟清伟;刘春;于海洋
  • 通讯作者:
    于海洋

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其他文献

无配体钯催化乙醇水溶液中芳基三氟硼酸钾的Suzuki 反应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    有机化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李新民;刘春;刘超;金子林
  • 通讯作者:
    金子林
家蚕酪氨酸羟化酶基因BmTh的表达及功能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
    昆虫学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩宇;刘春;魏丽婉;任静波;刘品彦;夏庆友
  • 通讯作者:
    夏庆友
不同临界保留因子下天然有机物亲疏水组分光谱特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    穆思图;刘春;王舒;樊慧菊;韩秉均;肖康
  • 通讯作者:
    肖康
松软煤层“护孔卸压”钻进力学机制
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2019.0779
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王永龙;陆云飞;王振锋;孙玉宁;刘春;宋维宾
  • 通讯作者:
    宋维宾
家蚕丝素P25蛋白的多克隆抗体制备与应用
  • DOI:
    10.13441/j.cnki.cykx.2016.05.010
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    蚕业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张霖;刘春;谭祥;姜龙;胡文波;李伟;彭章川;夏庆友
  • 通讯作者:
    夏庆友

其他文献

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刘春的其他基金

松软煤层大直径机械-气力耦合造穴增透机制及技术基础
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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