深立井不穩(wěn)定軟巖段井壁破裂機(jī)理與防治技術(shù)研究.pdf

1、資源開采進(jìn)入深部以后，深立井開拓迅速發(fā)展，全國(guó)范圍內(nèi)涌現(xiàn)了大量的千米立井。進(jìn)入深部以后，立井掘進(jìn)面臨圍巖自穩(wěn)能力差、變形大、遇水易膨脹軟化等支護(hù)技術(shù)難題。有關(guān)表土層立井的相關(guān)理論已不再適用于深部立井開拓，而軟巖巷道因與立井延伸方向的不同，其支護(hù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)對(duì)于深立井施工也不盡合理。為此，以鳥山煤礦為研究對(duì)象，調(diào)研分析立井深部井壁結(jié)構(gòu)破裂表征，總結(jié)導(dǎo)致井壁破裂的影響因素。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)與測(cè)試、理論分析和數(shù)值計(jì)算等手段，研究不

2、均勻側(cè)壓、圍巖遇水、季節(jié)性溫變對(duì)井壁內(nèi)力分布，以及自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)井壁整體承載能力的影響。并以均布荷載作用下井壁的受力狀態(tài)為基準(zhǔn)，確定了各外界因素對(duì)并壁結(jié)構(gòu)受力影響的權(quán)重。以此為指導(dǎo)，從加固圍巖和均化井壁受力兩方面出發(fā)，提出了深立井軟巖段井壁結(jié)構(gòu)破裂防治措施。研究主要取得以下研究成果:
　　(1)通過對(duì)鳥山煤礦副井不同深度壁后圍巖和井壁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的跟蹤調(diào)查，根據(jù)破裂程度和表征的不同，將鳥山煤礦副井井壁結(jié)構(gòu)的破損現(xiàn)象，劃分為500m

3、～700m、700m～850m和850m～1000m三個(gè)臨界深度;
　　(2)利用壁后圍巖含水量測(cè)試結(jié)果，建立了壁后圍巖遇水后濕度變化函數(shù)，依據(jù)變形協(xié)調(diào)條件推導(dǎo)獲得了圍巖遇水膨脹作用于井壁的壓力，結(jié)果表明:該壓力值受壁后圍巖濕度變化量、線膨脹率、彈性模量和滲透性影響。
　　(3)井壁溫度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表明，季節(jié)性溫變和突水溫變引起的井壁溫度應(yīng)力較小，對(duì)井壁安全不造成危害;而超挖部分因水化熱最終引起的井壁邊緣環(huán)向壓應(yīng)力最大達(dá)1.

4、15MPa，內(nèi)部環(huán)向拉應(yīng)力最大達(dá)0.35MPa。
　　(4)結(jié)合壁后圍巖物理力學(xué)性質(zhì)的測(cè)試和井壁荷載的監(jiān)測(cè)，選用壁后側(cè)壓Pθ=PA[1-β/2（cos2θ-1）]進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，不均勻側(cè)壓條件下，井壁內(nèi)緣環(huán)向應(yīng)力存在極值點(diǎn)，且極值點(diǎn)處井壁內(nèi)緣環(huán)向壓力差異很大，最小極值點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，對(duì)井壁結(jié)構(gòu)安全不利;
　　(5)荷載作用下的混凝土強(qiáng)度和物性參數(shù)測(cè)試表明:低加載率養(yǎng)護(hù)有利于混凝土的養(yǎng)護(hù)，可有效提高強(qiáng)度;高加載率會(huì)引起混

5、凝土內(nèi)部發(fā)生損傷;地下水水質(zhì)和井壁強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果說明，施工質(zhì)量較差的井壁接茬處最易受到地下水侵蝕，其36個(gè)月的強(qiáng)度損失率約達(dá)到10％。
　　(6)不均勻側(cè)壓、圍巖遇水和溫度變化對(duì)井壁受力的影響的對(duì)比研究表明:三者對(duì)井壁受力的影響程度依次為:不均勻側(cè)壓、圍巖遇水、溫度變化;因此，建議從封水加固圍巖和均化井壁受力兩方面著手防治井壁破裂。
　　(7)提出了分部耦合的傘狀壁后注漿技術(shù)，實(shí)施壁后封水和圍巖加固后，能夠有效地消減壁后環(huán)狀積