深厚表土中井壁破裂及治理過(guò)程中的力學(xué)特性研究.pdf

1、深厚表土層中的鋼筋混凝土井壁發(fā)生非采動(dòng)破壞是一種特殊的地質(zhì)災(zāi)害，是人類采礦活動(dòng)和地質(zhì)環(huán)境相互作用的結(jié)果。經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)廣大科研工作者的研究證明，這種破壞的根本原因是采礦活動(dòng)造成深厚表土層的底部含水層失水，土層失水固結(jié)沉降給井筒施加一個(gè)豎直向下的附加力，附加力隨疏排水的增加而逐年增加，最終造成井壁在表土與基巖交界面附近豎向壓潰破壞，對(duì)于這種破壞主要的治理方法包括卸壓法、破壁注漿法和地面注漿法。本文采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和有限元模擬相結(jié)合的方

2、法，針對(duì)井壁非采動(dòng)破壞及各治理方法展開(kāi)了以下研究工作： 1.介紹了深厚表土層中井筒的破裂機(jī)理，以及針對(duì)這種破壞的主要治理方法。 2.以兗州礦業(yè)集團(tuán)濟(jì)寧三號(hào)煤礦為例，詳細(xì)分析了深厚表土中井壁破裂的條件、機(jī)理和影響因素，介紹了各治理方法的機(jī)理及優(yōu)缺點(diǎn)。 3.通過(guò)分析濟(jì)寧三號(hào)煤礦主井、副井治理期間的井壁監(jiān)測(cè)信息，得到了井壁在治理期間的受力及變形規(guī)律；研究了注漿抬升地層并緩解豎向附加力的機(jī)理。使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)起到了超前指導(dǎo)并優(yōu)

3、化井壁治理設(shè)計(jì)與施工的重要作用，并檢驗(yàn)了治理效果。 4.通過(guò)分析鋼筋混凝土彈塑性理論、ANSYS使用方法和井壁參數(shù)，得到深厚表土中鋼筋混凝土井壁模擬方法，并通過(guò)模擬分析進(jìn)一步驗(yàn)證了豎向附加力是造成井筒破壞的根本原因。 5.采用ANSYS進(jìn)行有限元模擬，結(jié)合理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，系統(tǒng)地研究了治理前及治理期間井壁的受力變化規(guī)律。 (1)運(yùn)用有限元模擬結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)證明了，隨表土固結(jié)沉降井壁豎向附加力和水平地壓同時(shí)增加。首

4、次用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)下的有限元模擬反分析，得到了治理前井壁所受豎向附加力增加量和水平地壓增加量，并將之統(tǒng)一定義為廣義附加力?；谠摲捶治?，研究了井壁豎向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變隨豎向附加力和水平地壓增加而增加的變化規(guī)律，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)有良好的吻合性，克服了數(shù)值模擬不考慮水平地壓增加而得到的井壁環(huán)向應(yīng)變隨豎向附加力增加而減少的弊端。 (2)在以上研究基礎(chǔ)上，模擬得到了破壁注漿治理過(guò)程中漿液壓力作用下井筒受力變形規(guī)律，分析了通過(guò)合理調(diào)整注漿位置改

5、善井壁受力的方法；利用反分析法得到了治理后井壁破壞時(shí)間的推遲年數(shù)，從量的角度分析評(píng)價(jià)了治理效果。 (3)模擬分析了卸壓法治理井壁破壞的機(jī)理及治理后井壁受力狀態(tài)變化，分析得到通過(guò)卸壓槽壓縮使井筒外壁破壞而保持井筒內(nèi)壁安全的機(jī)理。 (4)通過(guò)模擬驗(yàn)證了主井井壁存在薄弱點(diǎn)的預(yù)計(jì)；模擬得到井壁抬升量，揭示了井塔內(nèi)二層橫梁出現(xiàn)剪切裂紋的原因，并提出了可能的解決方案。 文中分析的治理期間井壁受力變化情況，不僅為指導(dǎo)本治理工程