矿井水灾之渗水通道存在的实测分析

文章的目的在于揭示矿山立井井壁周侧渗水通道的存在,从而为正确的认识立井井壁的破裂机理奠定基础.文章分析了井筒周侧土体压缩变形的机理和表土与井筒之间的相对位移关系,研究了井筒下部向上附加力产生的过程和中性层位置的变动规律,并最终揭示了竖向附加力的分布和变动规律.文中利用物理学中的浮力原理,不仅完善地解释了竖向附加力产生的过程,而且圆满地解释了该领域的一些特殊现象,如底含缺失的井筒不一定不发生破裂,下含水位下降也不一定会导致破裂的发生.文章对我国几个典型破裂井筒的现场实测数据进行了较为细致的力学分析,并以此有效地论证了文中的理论观点.本文的研究结果,对正确认识立井井壁的破裂机理及立井井壁破裂预测理论的建立,具有重要的理论意义.     

冻结立井的破裂危险深度研究

通过对立井井壁受力特点的分析，揭示了井壁破裂处的应力与温度变化、井筒深度有着密切的关系；在井筒的几何尺寸及温度变化值确定的情况下，冻结立井随着表土段深度的增加，破裂的可能性在随之增大。在对危险层面上危险点处的主应力值同井筒深度尺寸（表土段）之间关系的研究以及校核井壁破裂的强度准则的应用基础上，描绘出了“应力－破裂深度关系曲线”，从而确定出冻结立井表土段的危险深度值。     

矿区含水层之间水力关系的实测分析及表土沉降机理研究

为了揭示冻结立井井筒周围各含水层之间存在特定的水力联系．以期为立井井筒破裂机理的正确分析提供理论依据．对典型现场实测数据及粘性土冻融后渗透系数的变化进行了分析．比较了许多破裂井筒破裂时下含水水头所处的特殊位置,研究了井壁变形规律,总结了典型破裂井筒注浆后井筒周围地面抬升情况。最后在运用饱和土有效应力原理基础上得出了“冻结立井井筒周围存在水力通道”结论．并通过模拟试验对表土沉降机理进行了分析。     

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。     

回风立井井壁变形监测及破裂治理技术

立井混凝土井壁在第四系底界位置破裂是我国黄淮海地区典型的井筒地质灾害之一。兖州矿区某矿回风立井具有井壁破裂的典型地质条件。2015年8月,发现该井筒井壁应变监测数据异常;随即现场查看,确认井壁发生了破裂。参考兖州矿区多达13个立井井壁破裂治理经验,该井筒井壁破裂治理采用了"加固+卸压"的治理思路,具体采用了"开卸压槽+井壁井圈加固+壁后注浆加固"的综合治理方案。经过及时有效的治理,避免了安全事故发生,治理效果较好。     

竖向可缩接头在两淮矿区立井井壁中的应用

针对疏水沉降地层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,研制了一种安设在井壁中的竖向可缩接头,可预防井壁发生破裂。根据在冻结井筒和钻井井筒中的应用不同,系统叙述了该接头两种不同结构的设计和施工技术,并采用模型试验和数值模拟方法对其进行了力学性能分析,该接头在两淮矿区20多个井筒中得到了成功应用。     

立井井壁的破裂因素位置时间的定性研究

文章通过对立井井壁破裂现象及破裂原因的深入分析，找出了与破裂现象相吻合的井壁破裂因素（温度），对长期以来理论界认为的“表土沉降是井壁破裂的决定因素”的观点进行了较有说服力的反驳，这是更好的寻求防止井壁破裂的及预测井壁破裂的时间提供了理论基础，也为井壁设计提供了理论上的依据。     

立井井筒内壁加固的机理分析

立井井筒的破裂严重威胁矿井的安全生产。从井筒内壁加固立井是治理和预防井壁破裂的措施之一。基于弹性理论,推导得到了立井内壁处各应力分量的表达式,分析了内壁加固对各应力分量的影响,探讨立井井筒内壁加固的作用机理,并结合工程实例对内壁加固效果进行了定量分析。计算表明内壁加固使立井体内竖向应力减小,从而提高了立井的安全储备。内壁加固可通过组装压力钢板得以实现,其施工简单、占用井筒时间短、费用低廉,但需确保压力钢板对立井内壁的压力作用须达到指定设计值。研究结论为立井井壁的内壁加固提供理论依据。     

新庄矿副井井圈加固与壁后注浆堵水施工技术

新庄井田位于黄淮平原,冲积层厚在150 m左右.近年来随着地下水位的下降,由于冲积层较厚,造成地表不均匀沉降,致使井筒遭到破坏,并引起井筒涌水量的增加.分析了新庄矿副井井壁破裂情况,采用注浆加固与壁后注浆方案对副井破裂井筒进行治理,取得了良好效果.     

管路伸缩器在城郊煤矿副井筒中的应用

通过在立井井筒中管路上安装管路伸缩器,当井壁产生相对沉降时,将位移变形量传递到管路伸缩器。通过管路伸缩器上波纹伸缩节的伸缩变化,消除井壁沉降的位移量,确保立井井筒提升与管路的安全。     

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。     

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.     

深厚表土层井壁温度竖向附加应力分析

深厚表土层竖井井壁破裂是严重危害煤矿生产的地质灾害。温度作用是导致井壁内竖向应力增大而诱发井壁破裂的一种重要因素。为了分析深厚表土层立井井壁因温度作用产生纵向膨胀对井壁受力状态的影响,在分析井壁与土体相互作用的基础上,根据热力学和弹性理论建立了井壁和土体剪切作用的弹塑性模型,推导了井壁温度竖向附加应力的计算公式。进一步分析表明：井壁内温度竖向附加应力随深度呈不断增大的趋势,并在基岩附近达到最大值;温度竖向附加应力随着弹塑性剪切段分界点的深度近似呈线性增加。这些结论有助于加深对深厚表土层井壁破裂机理的认识,并对井壁破裂预防治理具有理论指导作用。     

立井井筒注浆封堵固液耦合数值模拟

针对某煤矿复杂水文地质条件下立井井筒严重涌水的实际情况,采用理论分析和数值模拟相结合的综合研究方法,深入分析了立井井筒涌水机理;结合井筒围岩特性和周围地下水渗流场的变化规律,通过试验研究,选择以马丽散N为主的注浆材料;在考虑水体作用条件下,通过FLAC3D对立井井筒注浆封堵进行固液耦合数值模拟,分析了马丽散N在立井井筒注浆封堵中的使用效果;经过实测煤矿涌水量最终小于0.05 m3/h,达到了防治井壁破裂、封堵涌水的目的,抑制了井壁附加应力。     

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。     

利用钢井壁及千斤顶强制下沉通过竖井流沙层

介绍了利用钢井壁及千斤顶强制下通过坚井流沙层的施工过程,论述了从钢井壁的设计、组装到钢井壁下沉通过流沙层的施工方法,并分析了钢井壁下沉过程中几种容易出现的故障处理。实践表明,采用该方法通过竖井流沙层施工成功率在95％以上。     

高水压下围岩与竖井井壁相互作用的数值分析

 以研究孔隙型含水岩层为条件,基于流固耦合原理,采用Comsol软件地球模块,建立了考虑一定围岩范围和深埋高水压岩层的平面应变井筒井壁力学分析数值模型,首先就基本数值模型的应力场和位移场与“包神公式”的解析分析公式进行了对比和相互的正确性验证;然后进一步研究了井壁外侧的水压力、井壁混凝土与围岩的剪切刚度比、开挖和支护的时间效应、锚杆等因素对围岩与井壁的力学特性的影响,图形化直观揭示了它们之间相互作用变化的真实规律,为高水压基岩段井壁设计提供参考。     

井筒采动损坏评价方法

目前国内外对井筒的采动损坏缺乏定量的评价方法,井筒的采动设计与保护容易产生安全隐患。为此,通过总结井筒采动变形、破坏的形式和特点,并根据井壁破坏与围岩变形的关系,主要针对混凝土、钢筋混凝土井壁,建立了科学可行的井筒采动损坏评价方法和指标：以井壁与围岩的竖向变形关系为主要评价指标,分别建立了表土、基岩段井壁竖向压缩（拉伸）变形破坏的计算公式。通过井筒采动损坏实例分析,印证了该评价方法和指标的可靠性。研究成果解决了井筒采动损坏的安全性评价问题,为井筒煤柱开采的安全设计提供了可靠的技术保障。     

人工地层冻结技术与我国的深立井建设

系统总结了人工地层冻结技术的发展及其在煤矿立井建设中的应用。针对我国今后将要在深厚表土地区建设大型煤矿的工程背景,提出了冻结法建设煤矿深立井需要解决的关键问题是深土冻土的基础理论研究、适用于深厚表土层的冻结壁设计、井壁结构设计以及深井冻结法施工技术。