深层表土层建井的渗透稳定性模拟研究

通过对淮北海孜矿第四系底部含水层向矿井泄水的模型模拟研究，探讨了深厚表土层建井（井筒）的渗透稳定性。讨论了在第四系底部含水层突水状态下，地下水的渗流运动规律、底部含水层土体的渗透变形方式、临界水力坡皮及渗流对井筒的稳定性影响，为从水动力作用角度去分析黄淮地区井筒破裂原因提供了地质－物理模型，同时也是对深埋土体中的有关工程渗透稳定问题的有益尝试。     

地面水源井取水对井筒稳定性影响研究

基于第四系冲积层水位下降是井筒破裂的主要因素之一,以济宁三号煤矿为例,分析工广周边第四系水源井取水活动对煤矿主井、副井和风井井筒稳定性的影响。根据水源井取水层位不同对水源井分类,结合第四系冲积层水位观测孔观测结果,研究了不同取水层位水源井取水对含水层水位的影响。结果表明:工广周边地面水源井取水会引起相应含水层的水位下降,但对工广区含水层水位下降影响有限;第四系含水层水源井取水对井筒稳定性有影响,但影响不大。     

渗流有限元法模拟松散含水层对工作面充水影响

将水利工程中的渗流有限元法应用于模拟研究松散含水层对工作面的充水影响,既考虑了松散含水层的富水性、水头,又考虑了采动影响对覆岩的破坏,继而引起的渗流通道的变化。研究了第四系底部黏土层在水体下采煤中的作用,认识到当底黏厚度大于3m时,上部含水层对工作面充水量很小。为今后评价黏土层在水体下采煤中的阻隔水作用提供理论参考。     

微山湖区第四系下段含水层对矿井涌水量的影响分析

新河煤矿第四系底部导通奥陶系灰岩露头水,造成突水事故,而以往认为第四系含水层是对矿井涌水无影响的,必须重新对该含水层进行研究。通过对历史突水数据统计和相邻矿井突水情况分析,高庄煤业有限公司明确了微山湖区第四系下段含水层水是矿井充水的重要水源之一。运用解析法对第四系矿井充水量大小进行了预测,量化了第四系下段含水层段对矿井安全生产的威胁。     

鹰骏一号矿井井筒软岩类地层水文地质条件分析

鹰骏一号矿井地层较软,岩石饱和抗压强度Rb 5 MPa,通过对矿井主、副、回风立井的勘查,对第四系松散层含水层、古近系渐新统清水营组底部砾岩含水层、白垩系志丹群含水层、侏罗系中统直罗组含水层、侏罗系延安组含水层、三叠系含水层等6个含水层的抽水试验,得到井筒地下含水层的赋存特征及水文地质参数,总结出地下水的补给、径流、排泄条件和井筒的充水因素,分析软岩类地层的水文地质条件,为井筒的设计和开凿提供了科学依据。     

厚表土薄基岩钻井井筒突水溃砂次生竖向受压破坏机理研究

以淮南矿区板集煤矿副井为背景，分析厚表土薄基岩钻井井筒因突水溃砂引发竖向受压次生破断过程与特征，采用Mohr-Coulomb准则建立井筒底部含水层巨量水砂快速流失引发上覆土层沉降力学模型，推导负摩擦力解析解。分析表明，含水层巨量水砂流失引发井筒周围土体发生剪切破坏产生作用于井筒之上的负摩擦力，该负摩擦力产生的作用于井筒之上的竖向压应力与自重应力超过井壁竖向极限承载力时，井筒发生受压破坏，其后，竖向作用力依次向上传递导致多节钻井井筒发生受压次生破坏。土的抗剪强度指标对井筒竖向受力影响较大，黏聚力c和内摩擦角φ越大，井筒负摩擦力越大。对比分析突水溃砂与疏水沉降情况下井筒负摩擦力特征，表明突水溃砂情况下负摩擦力具有增长迅速及数值大，对井筒安全威胁大的特点。     

火山盆地强含水层下保水采煤可行性探讨——以锡林郭勒盟农乃庙井田为例

针对农乃庙井田过半数煤炭资源受顶板弱胶结强含水层突水溃砂灾害威胁、煤炭开发会破坏矿区水资源环境进而影响草原生态环境等问题，从开采技术条件入手，分析了井田构造特征、含水层与煤层赋存特征、水化学特征、岩石物理力学特征、生态环境特征等，提出了“帷幕截流—主动抽排水—水资源转储—煤炭开采”煤炭开发模式。聚煤盆地基底为阻水边界、盆地边缘基底埋藏浅、第四系底部存在稳定的隔水层等客观条件，使得构筑圏闭型落底式帷幕具有技术可行、经济合理性；闭环的阻水帷幕将平面无限延展的新近系含水层分划为帷幕内和帷幕外2部分，帷幕内含水层失去补给水源成为独立的水文地质单元，为疏干开采创造了条件，同时可避免弱胶结砂砾岩含水层水—砂混合突涌地质灾害；相较于井下疏排水，地面水源井主动抽排水对水质污染小，第四系含水层水和下部基岩水均为Ⅱ类水源，水化学性质相似度高，为转移新近系水源储存空间提供了水化学基础；第四系砂砾层具有厚度较大、渗透性好、储水能力强、开放性渗流边界等条件，为转移新近系水提供了储水空间条件；基岩水补给浅埋的第四系松散层水源，可以更好地涵养草场生态环境，一定程度上缓解当地干旱少雨的矛盾，创造出煤炭资源充分开发、水...     

煤层开采对第四系松散含水层影响的研究

为了分析煤层开采对第四系松散含水层的影响,选择潞安矿区漳村矿为试验现场,通过浅部至深部煤层开采项板导水裂隙发育高度的理论分析、数值模拟和实际观测资料对比,研究采高6m,采动导水裂隙发育规律及对松散含水层的影响.结果表明:煤层埋深小于110 m区段,导水裂隙可突破第四系底部黏土隔水层而发育至第四系松散含水层,并对该含水层造成破坏;煤层埋深介于110～190 m区段,导水裂隙仅发育至基岩风氧化带,风化裂隙水可进入采场,对第四系底部松散含水层水影响较小;煤层埋深大于190 m区段,采动导水裂隙发育限制在完整基岩内,仅将顶板砂岩裂隙水引入采场.据此分析,漳村矿对采高6m、埋深大于190 m的中深部煤层的开采对第四系松散含水层几乎无影响.     

地下水力对井壁的破坏作用分析

着重分析了新生界底部含水层（简称底含）向井筒突、渗水过程中，地下水力对井壁的可能破坏作用，指出地下水向井筒的两种运动方式对井壁周围不同方位的岩土体所产生的不同作用效果，对井壁破裂原因的深入探讨具有参考意义。     

复合水体薄基岩下综放安全开采研究

为研究三元煤矿3301工作面在复合水体(地表水和第四系松散含水层)薄基岩下厚煤层综放开采安全性,采用地质钻探方式确定了第四系底部粘土隔水层的覆存状态,采用数值模拟和现场实测方法研究了薄基岩条件下近第四系松散层底部综放开采顶板覆岩破坏和采动裂缝发育规律。探测结果表明,三采区第四系底部有一层稳定的粘土隔水层,能有效阻隔复合水体下渗和抑制导水裂缝带的上行扩展。数值模拟和实测结果表明导水裂缝带高度发育至第四系底部粘土层底界面。采用顶板水预先探放和留设防塌煤岩柱技术方案在薄基岩条件下实现了地表水体和第四系松散含水层复合水体下综放安全开采。     

徐淮矿区深部土体工程地质特性及失水变形机理

以研究徐淮矿区深部土体工程地质、水地质基本性质为基础，首次从吸附结合水含量及其性质方面，探讨了该区深部土体失不变形机理与同有一般认识的不同，得到该区内深部底含失水时粘土层不压缩、砂克层压缩的结论，对认识该区内井筒破裂、地面沉降等环境地质问题具有意义。     

单层井壁竖直附加力变化规律的数值分析

深厚表土疏排水沉降地层条件下的井壁处于复杂的动态受力状态,井壁的受力变化主要与底部含水层的渗透系数、含水层固结沉降量、井壁与国土的耦合作用有关.为探讨井壁竖直附加力大小的变化规律,运用数值模拟方法对单层混凝土井壁进行了分析研究,得出:井壁的竖直附加力与底部含水层渗透系数成正比对数关系,与井壁混凝土的弹性模量成正比线性关系;同时发现复合载荷作用下井壁的应力应变关系是动态变化的,井壁的塑性区是多种载荷耦合作用的结果.因此,减小底部含水层的渗透系数、井壁混凝土的弹性模量,有利于减小井壁的竖直附加力,可提高井壁的可靠性.     

厚松散层薄基岩非对称开采井筒偏斜机理

针对厚松散层薄基岩非对称开采井筒偏斜机理问题,以山东郭屯煤矿立井井筒偏斜为研究对象,在阐释厚松散层薄基岩煤层开采覆岩移动变形机理的基础上,采用煤层开采沉陷理论、土体固结理论和随机介质理论,根据叠加原理给出了该类地层煤层开采和底含疏水共同作用覆岩移动变形计算公式,并得到实测验证;基于对该类地层开采覆岩移动变形特征分析,揭...     

济宁二号煤矿井筒稳定因素分析

为了探求井筒稳定的因素,制定防治方案,探讨了济宁二号煤矿及济宁三号煤矿井筒稳定的原因,连续监测了济宁二号煤矿井壁、地面及井架的变化情况,分析了济宁二号煤矿冲积层水动态特征,比较了济宁二号煤矿与济宁三号煤矿冲积层特征的相同点和不同点,结果表明济东地区第四系含水层水位保持长期稳定能够防止土层固结压缩而引起的地层下陷,从而避免"附加应力"的产生,保证井筒的安全稳定。     

厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理

为揭示厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理,以安徽淮南矿区某在建煤矿副井为背景,分析厚表土薄基岩钻井井筒受拉破断过程与特征,建立马头门上覆岩层弯曲变形竖向剪切拉应力力学模型,给出井筒围岩分层竖向位移函数,采用最小势能原理及弹性力学理论推导出井筒竖向拉应力解析解。分析表明,井筒马头门上覆岩层受施工多次扰动影响发生弯曲变形是产生作用于井筒之上的竖向剪切拉应力的致因;该剪切拉应力产生的作用于井筒之上的拉力由下而上积累到某一阈值,该阈值与井筒自重应力的合力超过钻井井筒极限抗拉强度时,在钻井井筒接头处发生第1次拉断破坏,其后,随着岩层弯曲变形发展,拉断处以上井筒继续受竖向剪切拉应力作用而发生第2次拉断破坏,并导致底部含水层水砂溃入井筒发生淹井事故。马头门围岩的稳定性对改变上部钻井井筒受力状态有重要影响,其上覆基岩越薄影响越大,越易发生钻井井壁拉断破坏,基岩与风化基岩弹性模量比和风化基岩与底含弹性模量比对井筒发生拉断破坏时的位置,以及对应马头门顶部最大竖向位移影响均较小。通过采用钻井井筒竖向受拉等强设计、钻井井筒底部设置壁座、马头门至钻井井筒底部基岩段设置1~2道水平隔离缝、地面L型注浆加固马头门软弱围岩等技术途径,完善现行相关设计规范,确保钻井井筒运行安全。     

Influence of drainage of aquifer on settling of ground surface in mining area with high ground water level

Based on the basic principles of hydrogeology and soil mechanics, studied the genesis mechanism and control factors of settling of ground surface caused by the drainage of the aquifer in the construction of coal mines, and put forward a corresponding calculating model demonstrated by practical example. The study provides mining areas, which are covered with a very thick Quaternary soil layer and abundant ground water, with a theoretical basis aimed at forecasting the settling of ground surface.     

厚表土采矿工程非采动环境效应

通过水动力学，土力学及井筒热效应分析，论述了我国一些煤矿近年来发生的井筒破裂及地面沉降形成机理。井筒破裂并非单一因素造成的。而是在特定的地质环境中，由于采矿工上起地质环境及力学机制产生的综合环境效应。研究区深部土体失水压缩变形与渗透变形所产生的地面沉降，与浅部土失水压缩变形所产生的地面沉降具有不同的形成机理，主压轴层不在浅部粘土类土层，而在底含的砂、砂砾石类土层中，而深部粘土地不失水压缩变夺主压轴     

地表水体作用下的粗颗粒地层渗透规律研究

在地表水体(人工湖或水库)长期作用下,粗颗粒地层(卵石或漂石)形成了复杂的渗透规律,与传统认识存在较大差异。因此,查清人工湖或水库底下的土层渗透规律和地下水分布条件直接关系到工程的安全、造价和工期。该文结合工程实例,初步研究了在地表水体长期作用下粗颗粒地层的渗透规律,突破水文地质学中"含水层"和"隔水层"的传统定义,首次提出"饱水层"的概念。浅层地下水的排泄以垂向渗流为主,深层地下水排泄以径流为主;浅层地下水的补给以地表水补给为主,深层地下水的补给主要是浅层地下水通过非饱水带对其补给。     

削球式及椭圆回转式钻井井壁底力学性能分析

钻井法凿井是采用大型钻井机经一次或几次扩孔施工竖井井筒的方法,钻井底部井壁底结构承受最大的水泥浆压力,容易发生破坏。根据钻井井壁底飘浮下沉中的实际工况建立模型,采用ANSYS计算软件对削球式和椭圆回转式2种井壁底的力学性能进行有限元分析,分析2种井壁底的应力分布规律和受力的主要影响因素,同时选取受力形式相对较好的削球式和椭圆回转式模型进行关键点受力比较,提出了对深厚表土层钻井井壁底的最佳结构形式,为今后采用钻井设计与施工时选择最佳井壁底结构形式提供参考。     

信湖煤矿钻井井筒可缩性井壁接头设计及数值模拟研究

 煤矿矿区的底部含水层直接覆盖在煤系地层之上,随着矿井建设和生产的进行,表土含水层的水位将会逐渐下降,土体中有效应力逐渐增加,引起井筒周围土层固结沉降,施加给井筒一个相当大的向下竖向附加力（又称为负摩擦力）,使井筒受到的竖向荷载加大,随着地层的沉降,竖向附加力逐渐增大,最终导致井壁因强度不足而破坏。考虑到这个问题,将信湖矿井井筒安装可缩性井壁接头。本文着重介绍了可缩性井壁接头设计的计算方法,并对计算结果进行数值模拟校核。