检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭学报 2025年第1期50卷 264-280页

作者：郭文兵李龙翔杨伟强白二虎吴东涛河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

覆岩离层注浆减沉技术是保护矿区地表建(构)筑物的重要手段之一,其中注浆层位选择与其下方隔浆层完整性是决定地表减沉效果的关键因素。采用理论分析、工程试验以及现场监测等手段,对覆岩离层注浆层位判别及其下方隔浆层稳定性进行了研... 详细信息

覆岩离层注浆减沉技术是保护矿区地表建(构)筑物的重要手段之一,其中注浆层位选择与其下方隔浆层完整性是决定地表减沉效果的关键因素。采用理论分析、工程试验以及现场监测等手段,对覆岩离层注浆层位判别及其下方隔浆层稳定性进行了研究。通过理论分析方法对覆岩离层注浆过程中的隔浆层变形特征进行了研究,建立了基于弹性地基梁理论的隔浆层挠曲线方程,并根据岩层破坏程度,分区计算了隔浆层下方岩体的弹性地基系数,得到了注浆压力作用下隔浆层的最大弯曲下沉值;基于岩层破坏条件给出隔浆层稳定性分析方法,计算了注浆前后隔浆层下方自由空间的高度,并依据隔浆层最大弯曲下沉值与其下方自由空间的关系,对固支梁及弹性地基梁状态下的隔浆层完整性进行了判别;在此基础上,综合考虑注浆地层条件及隔浆层稳定性,提出了一种新的覆岩离层注浆层位判别方法。该方法通过计算导水裂隙带及各关键层高度确定潜在注浆层位,然后依据隔浆层完整性分析对各潜在注浆层位的可行性进行判别,最后引入安全系数对其稳定性进行评价。以某矿11090工作面为工程应用实例,依据该判别方法确定了合理注浆层位,在距煤层139.1 m处成功实施覆岩离层注浆充填,结合地表实测数据及地表下沉预计结果,该工作面实施注浆后,地表最大下沉值为230 mm,下沉系数为0.12,减沉率达到77.6%。附近民房的最大倾斜值约为0.8 mm/m,水平变形值为0.7 mm/m,有效保护了矿区地表村庄民房,同时保障了井下采掘工作的正常进行,验证了注浆层位判别方法的合理性,为覆岩离层注浆层位设计及矿区地表沉陷控制提供了参考。

关键词：覆岩离层注浆隔浆层注浆层位地表沉陷控制弹性地基梁

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复合催化剂Ru/CoAl−LDH可见光深度还原低浓度CO_(2)及其性能增强机理

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煤炭学报 2025年第2期50卷 1325-1338页

作者：戴俊贾凤婷杨娟丰之翔王大钊冷冲冲河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 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454003

“双碳”目标下,利用清洁可再生的太阳能驱动CO_(2)资源化利用成为重要的研究课题,但已有报道多以高纯CO_(2)为研究对象,而实际燃煤电厂排放的烟气中CO_(2)体积分数仅为3%~15%,为规避高能耗的CO_(2)提浓过程,直接实现低浓度CO_(2)光催... 详细信息

“双碳”目标下,利用清洁可再生的太阳能驱动CO_(2)资源化利用成为重要的研究课题,但已有报道多以高纯CO_(2)为研究对象,而实际燃煤电厂排放的烟气中CO_(2)体积分数仅为3%~15%,为规避高能耗的CO_(2)提浓过程,直接实现低浓度CO_(2)光催化定向转化对节能减排及其资源化利用具有重要科学意义。采用共沉淀−水热法首先制得钴铝层状双氢氧化物(CoAl−LDH),通过表面浸渍耦合氢气热处理将钌纳米颗粒负载至CoAl−LDH表面,构筑出可见光催化剂Ru/CoAl−LDH,其独特的表面组成与结构特性有助于实现以水为氢源的低浓度CO_(2)深度光还原。利用X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱与紫外可见漫反射光谱等测试技术对复合催化剂的结构组成和微观形貌进行测定分析,结果表明:负载的钌物种为零价金属态Ru,其负载未改变CoAl−LDH的纳米片状形貌,但可显著提升复合催化剂的光响应性能。以Ru/CoAl−LDH为光催化剂、水为电子给体和氢源、10%CO_(2)/N_(2)混合气体为模拟烟道气,在可见光照射下考察Ru负载量对还原产物生成量及深度还原产物甲烷选择性的影响,其中1.6%Ru/CoAl−LDH具有最优的CO_(2)光还原性能,可见光照射3 h后的甲烷产生量及选择性高达452.4μmol/g和86.3%,分别是单一CoAl−LDH的10.4倍和3.3倍。同时,借助CO_(2)吸附等温线、原位XPS、瞬态光电流与阻抗谱等测试结果探究了Ru/CoAl−LDH对低浓度CO_(2)深度光还原的性能增强机理。CoAl−LDH表面的—OH基团利于复合催化剂对低浓度CO_(2)的选择性吸附;CoAl−LDH优异的水氧化性能可为CO_(2)深度光还原提供充足的原位氢源,无需使用具有爆炸危险性的氢气;负载的Ru作为光电子受体,在增强光生电荷分离与迁移效率的同时,作为CO_(2)还原活性位能实现其多电子还原过程。因此,CoAl−LDH和助催化剂Ru的协同作用是低浓度CO_(2)深度光还原性能得以提升的主要原因,复合催化剂Ru/CoAl−LDH实现了可见光水氧化与低浓度CO_(2)深度还原的有效耦合,为本质安全且低能耗CO_(2)转化体系的构建提供了重要理论指导,也为燃煤烟气CO_(2)资源化利用提供了新思路。

关键词：低浓度CO_(2) 深度光还原钴铝层状双氢氧化物钌负载水氧化

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我国“三下”采煤技术体系与工程实践

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煤炭科学技术 2025年第1期53卷 19-38页

作者：郭文兵胡玉杭胡超群李龙翔吴东涛葛志博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454000

我国“三下”(建筑物、水体、铁路等线性构筑物下)煤炭资源丰富,开展“三下”采煤技术研究、解放“三下”压煤对提高煤炭资源采出率、优化井下采掘布局、延长矿井服务年限等具有重要意义。总结了我国“三下”压煤开采技术以及建(构)筑... 详细信息

我国“三下”(建筑物、水体、铁路等线性构筑物下)煤炭资源丰富,开展“三下”采煤技术研究、解放“三下”压煤对提高煤炭资源采出率、优化井下采掘布局、延长矿井服务年限等具有重要意义。总结了我国“三下”压煤开采技术以及建(构)筑物保护技术,包括部分开采、充填开采、协调开采、覆岩离层注浆技术以及地面保护、维修加固技术,并分析了各种“三下”采煤技术的优缺点和适用条件等。提出“三下”压煤开采造成建(构)筑物损害的源头是煤炭地下开采引起的覆岩破坏与地表移动,控制地表沉陷、研究地表移动变形规律是建(构)筑物下采煤的关键,减少覆岩破坏、准确预测覆岩破坏高度是水体(覆岩含水层)下安全采煤技术的关键。从经验公式、理论计算、现场实测等方面综合分析了“三下”采煤覆岩破坏与地表移动规律、地表移动变形预测、地面建筑物保护技术等。研究认为高效率、低成本、全固废、智能化覆岩离层注浆和充填开采、地下水原位保护等源头减沉控损技术将是我国未来“三下”开采技术的发展方向,并建立覆岩与地表移动变形的“天−空−地−井”一体化监测、预警机制,加强“三下”采煤工艺、全固废材料、技术与装备水平的提升,科学构建并不断完善绿色低碳、智能、安全高效的“三下”采煤技术体系。

关键词： “三下”采煤岩层移动地表沉陷采动损害与保护覆岩离层注浆

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柔性刀具冲击破煤能量演化及关键参数

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煤炭学报 2025年第2期50卷 965-974页

作者：刘勇张志康魏建平徐向宇郜英俊河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地河南焦作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454000

为解决硬煤层卸压范围小、增透效果差等难题,基于水动力柔性刀具破煤卸压增透技术,在末端刀齿动能恒定时,优选末端刀齿质量与冲击速度组合,提高能量利用率和破煤效率。为此,开展了柔性刀具冲击破煤试验,分析了不同末端刀齿质量和冲击速... 详细信息

为解决硬煤层卸压范围小、增透效果差等难题,基于水动力柔性刀具破煤卸压增透技术,在末端刀齿动能恒定时,优选末端刀齿质量与冲击速度组合,提高能量利用率和破煤效率。为此,开展了柔性刀具冲击破煤试验,分析了不同末端刀齿质量和冲击速度条件下煤体破碎质量和平均破碎深度;采用颗粒流数值模拟方法建立了柔性刀具末端刀齿冲击破煤模型,分析了破煤过程中煤体能量和裂隙演化规律,揭示了末端刀齿质量、冲击速度对柔性刀具冲击破煤效果的影响机制。结果表明:末端刀齿动能恒定时,随着刀齿质量的减小和冲击速度的增大,煤体破碎质量和平均破碎深度均呈现先增加后降低的趋势;煤体张剪破碎区面积、总裂隙数和轴向主裂隙最深处距离煤体表面的长度均呈现先增加再降低的趋势;末端刀齿接触煤体后,刀齿动能迅速降低,主要转化为煤体可释放应变能和摩擦能,应变能的积聚释放导致大量裂隙在刀齿正下方生成,形成半圆状张剪破碎区,在张剪破碎区周边裂隙胶结薄弱处形成应力集中,裂隙贯通形成主裂隙向四周扩展;当末端刀齿动能为60.3 J时,刀齿冲击速度为38.8 m/s、质量为0.08 kg,煤体破碎效果最优。随着末端刀齿冲击速度的增大,单位时间内作用于煤体能量密度增大,但冲击力减小,导致煤体应变能峰值呈现先增大再降低的趋势,在应变能峰值最大时,煤体破碎效果最好。

关键词：卸压增透瓦斯抽采柔性刀具冲击破煤能量演化

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风积沙非充分采动地表移动规律研究

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河南理工大学学报(自然科学版) 2025年

作者：郭文兵葛志博胡玉杭杨伟强胡超群王宇河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心

目的为研究风积沙地貌非充分采动地表移动变形规律，方法以门克庆煤矿11-3105工作面为研究背景，通过建立地表移动观测站对研究区域地表移动进行连续监测，结合理论分析对风积沙地貌地表移动变形规律进行研究。结果实测数据表明：大... 详细信息

目的为研究风积沙地貌非充分采动地表移动变形规律，方法以门克庆煤矿11-3105工作面为研究背景，通过建立地表移动观测站对研究区域地表移动进行连续监测，结合理论分析对风积沙地貌地表移动变形规律进行研究。结果实测数据表明：大采深风积沙地貌非充分采动条件下，地表走向、倾向最大下沉值分别为423，464 mm，地表沉降量较小，说明地表沉降响应表现反应缓和，计算得出最大下沉速度滞后距，为401 m，最大下沉速度滞后角为60.97°；结合关键层理论和固支梁挠度分析，发现工作面上覆岩层在沉降传导过程中会出现离层空间，揭示了地表在风积沙缓冲作用下沉降较小的机理。通过对地表移动持续时间进行深入研究，以微积分和几何学为基础构建了地表移动持续时间“面积”计算模型，给出了地表移动持续时间计算公式，并对11-3105工作面（超）充分采动区域的测点和10个不同矿区进行地表移动持续时间分别进行预测，该工作面部分测点预测值与实测值最小误差为 5d，最大误差为10 d；针对10个不同矿区预测值与实测值最小误差为4 d，最大误差为34 d，与实测结果吻合程度较高，验证了“面积”计算模型的预测精度和合理性。结论研究结果丰富了煤矿开采地表移动规律的内容，对开采沉陷区建筑物利用保护及土地复垦等具有重要指导意义。

关键词：大采深风积沙地貌地表持续移动时间地表沉陷移动变形规律

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不均匀载荷下天然气井井身结构力学性能试验

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煤炭科学技术 2025年第3期53卷 400-411页

作者：李东印李明亮王文郝育喜王伸李红斌河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 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454003 中原工学院智能建造与建筑工程学院河南郑州450007

在天然气与煤炭资源叠置区中,高强度的煤层开采造成的覆岩运移使保护煤柱内的天然气井井身结构发生径向挤压变形甚至破坏,从破坏区域扩散的天然气极易导致煤矿矿井发生火灾爆炸或人员中毒事故。为探明在天然气与煤炭交叉开采影响下,天... 详细信息

在天然气与煤炭资源叠置区中,高强度的煤层开采造成的覆岩运移使保护煤柱内的天然气井井身结构发生径向挤压变形甚至破坏,从破坏区域扩散的天然气极易导致煤矿矿井发生火灾爆炸或人员中毒事故。为探明在天然气与煤炭交叉开采影响下,天然气井井身结构受到不均匀载荷时的力学性能,依据井身结构设计4类套管−水泥环组合体,将天然气井井身结构复杂的径向应力模型简化为单向受力模型,并利用数字图像相关法(DIC)技术和RMT-150岩石力学实验仪开展套管−水泥环组合体的径向压缩试验和DIC测试试验,最后从不同材料的变形速率和力的传递规律角度对井身结构力学性能机制进行分析。结果表明:最外层为套管的井身结构,其力学性能显著优于最外层为水泥环的井身结构,井身结构的力学性能与材料的变形速率以及力的传递规律密切相关;组合体试件在受到外力作用时,力的传递规律呈现出由外至内逐渐减小的特点,试件最外层受到的力最大;当井身结构最外层为水泥环时,结构整体呈脆性,由于水泥环的变形速率大于套管导致水泥环和套管胶结面处出现裂缝,在拉应力作用下水泥环易发生脆性断裂;当井身结构最外层为套管时,结构整体呈弹塑性,在载荷作用下外层套管先发生压缩变形,内部水泥环在套管的挤压作用下产生内部裂隙,但在套管的约束下未出现断裂,试件整体呈径向压缩变形破坏。

关键词：不均匀载荷井身结构力学性能数字图像相关法径向压缩破坏

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多级大直径钻孔裂隙演化及浆液扩散规律数值研究

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中国矿业 2025年第1期34卷 174-182页

作者：刘军吴光伟刘志宽河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 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454003

合理的注浆封孔工艺参数是提高瓦斯抽采效率的有效措施,针对多级成孔方式下大直径钻孔的注浆封孔效果不佳问题,对多重损伤影响下大直径钻孔裂隙演化规律和浆液扩散规律进行了研究,得到了多级扩孔方式下大直径钻孔的裂隙演化规律,以及基... 详细信息

合理的注浆封孔工艺参数是提高瓦斯抽采效率的有效措施,针对多级成孔方式下大直径钻孔的注浆封孔效果不佳问题,对多重损伤影响下大直径钻孔裂隙演化规律和浆液扩散规律进行了研究,得到了多级扩孔方式下大直径钻孔的裂隙演化规律,以及基于大直径钻孔开挖后裂隙分布的注浆扩散规律。以山西省寺家庄煤矿工作面为研究对象,构建了PFC2D钻孔开挖模型和COMSOL浆液扩散模型,并通过理论公式进行了模型验证。研究结果表明:①当终孔直径为400 mm时,多级成孔方式与一次成孔方式相比,形成的钻孔裂隙区半径从0.50 m提高至0.75 m,增幅为50%;钻孔周围煤体产生的剪裂隙数量明显高于拉裂隙,证明剪应力是形成裂隙的主要原因。②当注浆压力由2.00 MPa增加至3.00 MPa时,扩散距离由0.644 m增加至0.657 m,最大浆液扩散速度由0.10 m/s增加至0.18 m/s;当稠度系数k从13 Pa·s增加至21 Pa·s时,最大浆液扩散速度由0.14 m/s降低至0.08 m/s,扩散距离由0.662 m降低至0.644 m。③该工作面在应用高压保压注浆封孔技术时,结合数值模拟和经验公式验证的结果,确认当最佳注浆压力为3.00 MPa、注浆浆液最佳水灰比为1∶1.2时,能达到最佳的浆液扩散效果,浆液径向扩散半径范围为0.597~0.615 m。研究结果可为多级扩孔方式下大直径钻孔的高效注浆封孔的工艺参数确定提供理论依据。

关键词：瓦斯抽采大直径钻孔 PFC2D COMSOL 裂隙演化浆液扩散

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泥质软岩锚固孔钻渣泥化黏附特征及影响因素

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煤炭学报 2025年第2期50卷 862-876页

作者：付孟雄黄帅帅刘少伟贺德印贾后省姚丙傲席晓龙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454000 河南省新郑煤电有限责任公司河南新郑451100

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... 详细信息

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

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可接长注浆锚杆连接段破坏失效模式及参数优化

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河南理工大学学报(自然科学版) 2025年第2期44卷 1-9页

作者：刘少伟张玮钰贺德印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454000

目的针对高应力软岩巷道存在变形量大、变形时间长、可锚性差等问题,目前多采用可接长注浆锚杆进行改性支护加固,如何提升其强度和抗变形能力成为控制围岩大变形的关键。为了提高可接长注浆锚杆的强度,方法基于可接长注浆锚杆的螺纹连... 详细信息

目的针对高应力软岩巷道存在变形量大、变形时间长、可锚性差等问题,目前多采用可接长注浆锚杆进行改性支护加固,如何提升其强度和抗变形能力成为控制围岩大变形的关键。为了提高可接长注浆锚杆的强度,方法基于可接长注浆锚杆的螺纹连接特性,采用螺纹连接段工作力学性能理论分析和数值模拟相结合的方法,分析连接段的不同失效模式以及螺纹类型对锚杆力学性能的影响,对比常见不同类型螺纹的连接强度,分析连接段的连接长度、螺纹螺距和连接件外径对于锚杆强度和抗变形能力的影响。结果结果表明:螺纹连接段失效模式可分为螺纹滑脱破坏、连接件拉断破坏和锚杆拉断破坏,不同失效模式取决于螺纹抗剪强度、锚杆与连接件的最小抗拉强度。当连接段长度较短,连接段呈现螺纹滑脱破坏时,随着连接长度增加,连接段薄弱点由螺纹截面转为锚杆螺纹根部,呈现锚杆拉断破坏。随着螺纹螺距增加,峰值载荷先上升后下降,螺距为2.0 mm时达到载荷峰值。随着连接件外径增加,螺纹连接段失效模式由连接件拉断破坏变为螺纹滑脱破坏,最后转变为锚杆拉断破坏,连接强度呈先上升后下降的趋势。结论以外径22 mm,内径12 mm的中空注浆锚杆为例,连接长度20 mm、螺纹螺距2.0 mm、连接件外径28 mm时,锚杆连接段抗拉强度最佳,载荷峰值为118.8 kN,可以满足高应力软岩巷道的支护要求。

关键词：中空注浆锚杆锚杆支护螺纹连接螺纹螺距

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不均匀载荷下天然气井井身结构力学性能试验研究

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煤炭科学技术 2025年

作者：李东印李明亮王文郝育喜王伸李红斌河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心中原工学院智能建造与建筑工程学院

在天然气与煤炭资源叠置区中，高强度的煤层开采造成的覆岩运移使保护煤柱内的天然气井井身结构发生径向挤压变形甚至破坏，从破坏区域扩散的天然气极易导致煤矿矿井发生火灾爆炸或人员中毒事故。为探明在天然气与煤炭交叉开采影响下，... 详细信息

在天然气与煤炭资源叠置区中，高强度的煤层开采造成的覆岩运移使保护煤柱内的天然气井井身结构发生径向挤压变形甚至破坏，从破坏区域扩散的天然气极易导致煤矿矿井发生火灾爆炸或人员中毒事故。为探明在天然气与煤炭交叉开采影响下，天然气井井身结构受到不均匀载荷时的力学性能，依据井身结构设计4类套管-水泥环组合体，将天然气井井身结构复杂的径向应力模型简化为单向受力模型，并利用数字图像相关法（DIC）技术和RMT-150岩石力学实验仪开展套管-水泥环组合体的径向压缩试验和DIC测试试验，最后从不同材料的变形速率和力的传递规律角度对井身结构力学性能机理进行分析。结果表明：最外层为套管的井身结构，其力学性能显著优于最外层为水泥环的井身结构，井身结构的力学性能与材料的变形速率以及力的传递规律密切相关；组合体试件在受到外力作用时，力的传递规律呈现出由外至内逐渐减小的特点，试件最外层受到的力最大；当井身结构最外层为水泥环时，结构整体呈脆性，由于水泥环的变形速率大于套管导致水泥环和套管胶结面处出现裂缝，在拉应力作用下水泥环易发生脆性断裂；当井身结构最外层为套管时，结构整体呈弹塑性，在载荷作用下外层套管先发生压缩变形，内部水泥环在套管的挤压作用下产生内部裂隙，但在套管的约束下未出现断裂，试件整体呈径向压缩变形破坏。

关键词：不均匀载荷井身结构力学性能数字图像相关法径向压缩破坏

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