水压-应力作用下井筒围岩的破坏机理与控制研究

本研究结合曹家滩煤矿井筒围岩在穿越地层时受到了水压弱化作用的实际情况,采用查阅资料、现场查勘、理论分析、公式计算、数值模拟等研究方法,开展了该煤矿主斜井围岩在水压-应力作用下的变形破坏与控制研究。利用半圆拱形井筒断面等效表示的当量半径法,结合地层水压、侧压系数、埋深、内聚力、内摩擦角、巷道尺寸等因素,优化建立了井筒围岩塑性区分布的数学表达式,并进行了模型的数值模拟验证与公式的敏感性分析,针对层位岩性差异及水压弱化作用等主要控制因素,从抑制围岩剪切破坏发生、提高围岩内聚力及内摩擦角、开孔泄水降压、注浆驱替水源、加强原有支护的角度进行了井筒的水害治理与围岩控制。对掌握井筒周边围岩在水压-应力作用下的变形破坏规律、开展相关的数值模拟研究、进行井筒的加固与水害防治工作具有一定的参考意义。

基于统一强度理论的井筒围岩应力分析

在考虑井筒周围岩石的渗流作用和孔隙水压力的基础上,对有效应力进行了修正;基于统一强度理论,充分考虑中间主应力,对井筒周围岩石进行了弹塑性分析,并给出了井筒周围岩石的应力分布表达式和保持井壁稳定的弹性极限荷载及塑性极限荷载的统一解析式。分析结果表明:通过改变统一解析式中的参数,可将其退化为其他强度理论条件下的解析式,所得的统一解适用于不同强度理论条件下各类岩石材料的弹塑性分析;有效应力修正后的极限分析为井壁稳定分析提供了理论依据,具有一定的理论及实际应用价值。

矿井通风对多年冻土井筒围岩热影响的数值分析(Ⅱ):多年冻土井筒围岩温度的变化规律

在多年冻土区进行煤矿地下开采,通风作用改变了井筒围岩的热平衡条件,从而引起了多年冻土上限及其井筒周围冻土季节融化层的变化,有可能影响到井筒支护结构的稳定性.因此,研究在矿井通风作用下,多年冻土温度场分布及随季节的变化趋势是有意义的.基于ANSYS有限元分析软件,针对多年冻土区某煤矿的赋存条件、试验采场位置以及通风作用对冻土的影响范围,建立了二维数值计算模型,利用焓式有限元方法对多年冻土井筒围岩的温度特性进行了数值模拟,分析了矿井通风对多年冻土井筒围岩的热影响程度,其计算方法和结果为下一步多年冻土煤矿地下开采井筒支护设计提供参考依据.

爆破冻结管注浆加固井筒围岩的技术研究

井筒施工过程中遇到特殊含水层,利用冻结管注浆加固井筒围岩施工费用高、工期长、程序复杂,对此,采取煤矿3级水胶炸药爆破冻结管注浆加固围岩。通过理论计算,确定爆破冻结管用药量;采用自制爆破容器,经地面现场实验,并在井筒后期治水施工中应用,成功地在设计位置爆开冻结管并加固井筒围岩,从而极大地缩短了冻结管注浆工期,减少了地面割管注浆的成本及费用,简化了施工程序。