充填沥青对可缩性井壁接头力学特性影响分析

作     者：许华桥 荣隽锋 马昊辰 

作者机构：安徽理工大学土木建筑学院 新南威尔士大学土木工程学院 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51878005) 

主　　题：可缩性井壁接头 沥青 流固耦合 有限元模型 竖向承载力 流动速率 

摘      要：为了研究充填沥青对可缩性井壁接头力学特性的影响，采用模型试验和数值计算相结合的方式，以淮北矿业集团临涣煤矿中央风井设立的可缩性井壁接头为工程背景，对未填充（K组）、充填沥青（T组）和充填沥青且将沥青注入管堵塞（TD组）等三种工况下可缩性井壁接头模型的力学特性进行试验，并建立流固耦合有限元模型进行数值模拟研究。研究结果表明，三种工况条件下可缩性井壁接头模型试验中，相较于K组的平均极限承载力，T组和TD组的平均极限承载力分别增长了12.81%和21.51%，同时验证了数值计算模型是可行的；数值计算分析表明T组和TD组比K组的可缩性井壁接头竖向极限承载力分别增长了11.04%和25.84%，其竖向极限承载力增长率与模型试验结果基本一致；进一步研究发现，随着竖向荷载逐步递增，K组的内、外立板竖向应力基本呈线性增加并趋于稳定值，TD组的内、外立板竖向应力变化趋势与K组的基本一致；T组的内、外立板竖向应力未呈现稳定递增，而是越靠近溢流口的位置，板的竖向应力-竖向荷载曲线的斜率越小，同一位置的竖向应力-竖向荷载曲线斜率变化规律受沥青流动速率的影响。同时，竖向荷载越大沥青流动速率越快，这使得对井壁竖向承载力的影响也逐渐加剧；沥青动力粘度的增加导致流动性和壁面剪切力减弱，减轻了对井壁内外立板的扰动和调压作用。研究成果可为可缩性井壁接头优化设计提供参考依据。