钢筋混凝土井壁与深厚围岩（土）耦合机理的研究

在钢筋混凝土井壁结构破裂的弹塑性理论基础上,利用大型通用结构分析软件ANSYS进行了深厚表土中井壁结构的弹塑性数值模拟计算,得到井壁破裂的过程、井壁内部应力应变的动态变化规律,探讨了井壁结构与深厚围岩（土）耦合作用机理,为深厚表土层中井壁破裂的防治提供了理论依据。     

深厚松散层薄基岩采动沉陷致裂井壁机理

针对深厚松散层在不发生固结和冻融沉降的条件下井壁仍出现破裂的问题,结合概率积分法和Knothe时间函数,建立可计算多工作面开采引起井筒位移的动态移动模型,分析采动对井壁受力的影响规律,并结合工程案例,揭示深厚松散层薄基岩采动沉陷致使井壁破裂的机理.结果表明:采动沉陷引起井壁产生向下的附加应力是造成井壁破裂的主要原因;井壁竖向附加应力随深度的增加先增大后减小;利用井筒动态移动模型可近似求解不同时刻、不同深度处的井壁应力,且对井壁破裂的时间和位置具有很好的预测效果.研究成果对保障深厚松散层薄基岩中井壁安全和井壁设计具有重要意义.     

深厚表土层井壁破裂机理及防治技术研究进展

介绍了深厚表土层中立井井壁破裂机理及其防治技术的研究状况及进展,分析了表土段立井井壁的破裂原因,对广泛采用的竖直附加力理论以及其他一些理论进行了讨论,指出采矿活动使地下水位下降,地层固结压缩引起上覆土体下沉,从而产生作用在井壁上的一个竖直附加力,竖直附加力是井壁发生破裂的主要原因。针对这一原因,对目前防治井壁破裂的常用措施进行了阐述、分析和评价,并对井壁破裂机理与防治技术措施中存在的问题进行了探讨。     

立井井筒预防性治理过程井壁应变规律分析及经验

井壁破裂问题一直比较棘手,深厚表土层中预防性治理井壁破裂的工程经验并不多见,本文以某煤矿主井为例分析了深厚表土层立井井壁地面注浆加固过程中井壁的受力特点,得出了表土段地面注浆加固治理过程中井壁的应变观测结论即加固治理抑制了井壁竖向附加力的增长,总结了深厚表土层井壁地面注浆加固治理工程的经验,为以后类似工程提供借鉴。     

郭屯煤矿主井井壁变形破坏治理技术研究

基于冻土融沉特性及井壁竖向附加力的相关研究,分析了竖向附加力影响下的井壁变形破坏机理,结合郭屯主井的偏斜沉降问题,提出了相应的治理方案。研究结果表明,竖向附加力随井龄及深度的增大而增大,井壁薄弱面为表土层底段井壁中心剖面。     

深厚表土中圆筒形冻结壁和井壁的力学分析

为保障深厚表土层中冻结法凿井的冻结壁和竖井井壁 (简称两壁) 在施工和生产中的安全和可靠性,基于深厚表土层中井壁破裂灾害的机理,探讨两壁的力学模型和方程,用解析分析的方法,对井壁三维应力σz,σt,σr的求值及其在强度理论中的位置进行研究.结果表明,表土段井壁要承受自重和竖直附加力,这是深厚表土段井壁发生破裂灾害的主要原因,也是与岩石段井壁受力的根本区别,因而在深厚表土段"两壁"需按三维空间进行设计;必须把竖向应力σz和环向应力σt分别作为控制因素进行设计计算和核算.为减小竖直附加力,在井深大于200 m时,井壁结构设计宜采用井壁竖向可缩装置.     

多次破裂立井井壁竖直附加力实测及演化特征分析

对历经多次破裂治理的华东地区张双楼矿新增的两层传感器的竖直应变进行了监测,分析了立井井壁多次破裂段竖向应变的演化规律,将其历时变化情况与相关文献数据进行对比分析,发现多次破裂段应变波动年均值比一般井壁应变波动大;指出井壁多次破裂治理段只有附加力累积特征,几乎没有季节温度应力的波动特征;发现老副井累积的大量的附加应变主导的竖向应变,与厚表土层的不断疏水沉降密切相关,且发现矿井附近地面应变值比井壁总体应变值小。     

基于薄板弯曲变形理论的煤矿立井次生地压与竖向附加力理论解

基于表土沉降引发的煤矿立井次生地压与竖向附加力对深厚表土层中井壁结构设计的重要性,采用微元法将井筒周围表土划分成若干以井筒中心线为对称轴的薄板单元,利用轴对称薄板弯曲变形理论和土的基本力学性质建立微分方程,以临涣主井为研究对象并借助井壁应力实测数据,对立井次生地压与竖向附加力的分布规律进行研究,得到相应的理论解。结果表明:理论与实践相结合获得的次生地压和竖向附加力分布规律与实际情况吻合度高,能够满足临涣主井与井田区域内的其他6个破裂井筒强度验算要求。次生地压与竖向附加力理论解的科学性得到很好的检验。     

深冻结井筒竖向可缩井壁的设计与施工技术

论文针对深厚表土层冻结法施工的立井井筒可能因竖向附加力作用而发生破裂这一技术难题,根据设计原则研制了一种深冻结井筒竖向可缩井壁结构。详细叙述了该井壁结构的制作方法和现场施工技术,并在丁集矿三个井筒中得到了成功应用,可为新井建设中的新型井壁结构的设计和施工提供参考依据。     

对祁南矿副井井壁破裂原因的探讨

本文根据淮北矿务局祁南矿副井井筒在冻结壁解冻期间，出现内层井壁破裂的情况，对井壁的受力状况以及井壁上的竖向应力进行分析计算。结果表明：在冻结壁解冻期间，作用到井壁上的竖向应力增大，这将引起外井壁可压缩结构的压缩变形，从而导致外井壁对内井壁产生一个竖向附加力，但这并不足以造成内井壁的破裂。同时还表明：外层井壁的可压缩结构应具有抗抵井壁自重的能力，才能保证结构自身的安全、可靠。     

义桥煤矿立井井筒涌水机理与注浆封堵技术

针对义桥煤矿复杂水文地质条件下深厚表土层立井壁破裂、井筒涌水严重,采用单液及双液水泥、水玻璃多次封堵无效的技术难题,结合井壁破裂理论中的施工质量说和竖直附加应力说,分析了义桥煤矿主副立井井壁涌水特征及变形破坏机理,在此基础上,研究了高分子化学材料马丽散N注浆封堵涌水、加固围岩机理,并制定了主副井筒表土段壁间注浆、基岩段壁后注浆的钻孔布置与施工工艺,并对注浆量、注浆压力等进行了过程监控,对井筒涌水量进行了长期监测,实测涌水量已小于0.05 m3/h,达到了防治井壁破裂、封堵涌水、稳定含水层水压的目的,缓释和抑制了井壁附加压力。     

深立井井壁结构设计中存在问题及解决对策

文章的主要目的是指出目前深立井井壁结构设计中存在的问题、该方面研究的现状,同时给出了解决的对策。文章明确了挡土墙平面地压公式和重液理论计算公式,在井壁结构设计中的存在问题,指出了表土沉降过程中立井次生地压的存在,井壁破裂的力学机理等内容,最后从改变井壁受力状态角度给出了井壁结构优化的对策。     

深厚表土层冻结井筒高强钢筋混凝土内壁设计优化与实测分析

针对深厚表土层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,对高强钢筋混凝土内壁的受力机理、设计优化方法、现场实测结果进行了分析研究。首先,采用相似理论设计出模型井壁并进行加载试验,实测得到高强钢筋混凝土内壁的应力、变形和承载力,研究了该种井壁结构的受力机理,结果表明深厚表土层冻结井筒内壁属于深埋于地下的厚壁圆筒结构物,由于内表面的圆形结构特征,在侧向压力作用下,井壁结构中混凝土由外缘的三向受压过渡到内缘的二向受压应力状态,其混凝土抗压强度提高了1.592～1.765倍,井壁承载能力得到显著提高。建立了混凝土抗压强度提高系数试验值的计算公式,获得了高强钢筋混凝土内壁的应力特性和强度特征。然后,基于我国现行混凝土结构设计规范关于混凝土多轴强度验算要求,根据模型试验结果和内壁受力机理,提出了深厚表土层高强钢筋混凝土内壁设计优化方法,给出了混凝土抗压强度提高系数设计取值。并将设计优化方法应用于潘三煤矿新西风井冻结段内壁控制层位,井壁厚度由原设计的1 150 mm优化为900 mm,厚度减薄达21.74%。最后,通过潘三煤矿新西风井工程现场实测表明,优化设计后的井壁结构中环向钢筋应力值为-125.8～-136.9 MPa、竖向钢筋应力值为-39.5～-53.2 MPa,远小于钢筋强度设计值300 MPa,井壁中混凝土环向应变为-730×10~(-6)～-790×10~(-6)、竖向应变为-380×10~(-6)～-390×10~(-6),远小于C70混凝土的极限压应变值,说明设计优化后的井壁结构不但经济合理,而且安全可靠。     

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.     

立井井筒表土层注浆加固过程的控制方法及应用

在分析表土层注浆加固治理井壁破裂原理的基础上，阐述了注浆加固过程控制的必要性，提出了根据实测井壁附加应变的变化规律来控制注浆加固过程的方法.依据具体的工程条件，研究了注浆加固过程控制的监测系统、控制内容和实施方法.研究和实施的结果表明，注浆加固过程的有效控制，可使井壁的既有应变得到明显的缓释，可改善井壁的受力状态，保证注浆期间井壁的安全，确保矿井的安全生产.     

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。     

冻结法成井井壁在深厚表土段附加应力研究

为研究深厚表土段井壁的破坏机理,提高井筒的使用寿命,指导已破坏井筒维修和为新设计井筒提供依据,采用数值模拟和理论计算相结合的方法,对淮北煤田深厚表土段井壁附加应力的产生原因及大小进行了探讨。结果表明：附加应力由井壁和裹携土体重量产生,与地下水埋藏深度、土的容重、地下水层数有关,地下水埋藏越深,产生的附加应力越大,在基岩表面处的附加应力为89.91 MPa,远远超过了混凝土井壁的抗压强度。为避免井筒破坏,应采用方法是：增加井壁强度、保持原有水压、设法减少锥体的重量、井壁在应力集中处采用伸缩装置。     

磁西副立井超千米单层井壁受力变形实测与分析

分析了我国矿山井筒井壁实测的现状和发展。采用振弦式混凝土应变计和钢筋计、有线远程传输、可存储数字采集仪,实施了井壁受力变形传感器埋设和监测,测试深度达到了垂深1 208 m。根据实测数据,对井壁混凝土应变分别进行了内缘与外缘、竖向与环向的对比,钢筋受力应变和混凝土应变之间的对比分析,并通过包神公式进行理论值和实测值的对比分析。对比研究说明了实测结果的正确性、合理性。结果表明,短掘短期单层井壁的内缘环向应力大于竖向和径向应力,符合包神井壁设计公式推导的理论基础,井壁实测期间全过程中出现最大观测值的时间是混凝土井壁砌筑后5~6个月,最大环向应变约为-1 093×10-6,总体平均内缘环向应变为-682×10-6。井壁混凝土环向应变的不均匀系数为2.15,钢筋受力的不均匀系数为1.36。实测结果表明,C60等级,900 mm厚的钢筋混凝土井壁是安全的,可为千米竖井井壁设计提供参考。     

矿山立井井壁防破裂措施的进一步研究

近年来，随着井筒穿越的表土层厚度的不断增大，冻结法施工的立井井壁的破裂问题再次成为我国及世界许多国家煤炭行业所面临的一大难以解决的课题，因在导致井壁破裂的主要因素问题上存在分歧，故该问题一直未能得到很好的解决。为此，该篇文章首先较为详尽地分析了导致井壁破裂的主要因素，井在此基础之上，提出了一系列即符合理论又切合实际的防破措施。防破裂措施所采用的基本原理是降低危险点主应力值、改善危险点的应力状态。本文的研究结果对防治井壁破裂有较大的参考作用。     

厚风积砂覆盖地层立井井壁竖直附加力与井壁结构

采用物理试验方法,初步开展饱和砂与井壁混凝土界面竖向剪切试验,获得了界面竖向抗剪强度指标;基于数值计算,进一步研究厚风积砂覆盖地层立井井壁竖直附加力的变化规律。结果表明:风积砂地层中,井壁竖直附加力随深度的增加呈现出非线性增长规律,并在风积砂含水层与基岩交界面附近达到极值;进入基岩段后,竖直附加力部分由基岩分担,附加力急剧减小。在厚度超过100 m的风积砂地层中,随着含水层水位的不断下降(如超过20 m),传统的双层复合井壁结构在竖直附加力等作用下,于基岩交界面附近可能出现井壁破裂灾害,应采用适应地层沉降的可缩井壁结构限制竖直附加力的增长。