【摘 要】
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煤层深孔钻进难题已成为制约部分高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井安全高效开采的瓶颈，至今尚未完全破解。究其根源，在于对煤层钻孔发生的各种现象认识不全面。为此，本文通过力学分析、
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煤层深孔钻进难题已成为制约部分高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井安全高效开采的瓶颈，至今尚未完全破解。究其根源，在于对煤层钻孔发生的各种现象认识不全面。为此，本文通过力学分析、流固耦合模型及数值模拟，对“基于Hoek-Brown准则的煤层钻孔失稳破坏特征研究”课题展开研究。 基于含瓦斯煤的力学性质分析，引入岩石力学中的Hoek–Brown准则及地质强度指标GSI（Geological Strength Index），分析了煤层钻孔周围的弹塑性分布，探讨了孔底和孔壁的失稳破坏形式，研究表明：在卸压区易发生垮孔，峰后应力集中区易发生喷孔，峰前应力集中区发生垮孔、喷孔的概率较低。基于岩石断裂力学相关研究成果，提出煤层钻孔失稳破坏的力学判据；钻孔周围煤体满足强度准则仅是其失稳破坏的必要条件而非充分条件。 基于岩石力学、渗流力学等理论，建立了含瓦斯煤流固耦合失稳模型，运用COMSOL Multiphysics软件对其进行求解，得出主要结论如下：①不考虑耦合时会高估钻孔周围的径向应力，低估钻孔周围的切向应力，导致表面上偏应力减小，从而低估塑性区范围；②随着 GSI值的增大，钻孔周围塑性区范围逐步减小；③塑性区最大半径与 GSI呈良好的幂函数关系。④分析了钻孔周围的拱效应现象，压力拱的存在提高了钻孔周围煤体的自我稳定能力，且 GSI值很小或很大时压力拱逐渐趋于消失。⑤基于钻孔失稳破坏形式、控制因素及力学机制的初步探讨，将钻孔的破坏类型分为应力控制型、结构面控制型及高瓦斯软煤中的喷孔破坏三类。
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