表土沉降阶段煤矿立井井壁破裂应力分析

煤矿立井井壁的破裂一直是一个未能很好解决的重大课题，主要原因是井壁设计时未充分考虑温度应力的影响，致使井壁的强度不能满足正常使用的要求。为此，分析了立井井壁温度应力的形成及其对井壁破裂的重要作用。从物理学中的热胀性原理及热传递理论入手，全面考虑了固体力学中的热弹性理论、材料力学中的静不定问题的求解方法以及土与弹性固体之间的相互作用原理，着重研究了作用于井筒外壁上的摩擦力分布规律，推出了求解温度应力的解析公式，并通过具体算例分析了立井井壁危险层面处的各应力成分。分析结果表明，危险层面上的竖向温度应力高达80％，环向温度应力高达70％，因而得出了“温度应力才是导致立井井壁破裂的最主要因素”的重要结论。所得结果不仅可用于煤矿立井井壁的设计，而且还可用于立井井壁破裂原因的分析及相应事故的鉴定。     

超深立井围岩压力测试与分析

以两立井围岩压力的长期监测为工程背景,介绍了超深立井全方位监测系统的测点优化布置方法:通过大量的测试数据分析,提出了超深立井围岩压力分布规律的量化参数和经验公式,给出了任意荷载作用下的井壁应力函数,构成了由实测围岩压力推出井壁应力的系统公式。给出了井筒开挖端位移释放函数,为井筒临时支护设计提供了依据;提出由实测立井围岩压力反算原岩应力的模型,拓宽实测数据的应用范围。     

矿山立井井筒与表土之间的剪切力分析

揭示矿山立井井筒与周围表土之间剪切力的分布规律，为正确的立井井筒力学模型建立奠定理论基础。分析弹性剪切力和塑性剪切力的形成及特征，剖析以往解析分析中存在的问题。在此基础之上，利用莫尔-库仑强度理论、点的应力状态理论和桩土相互作用理论中的剪切位移法对弹性剪切力和塑性剪切力进行极为细致的分析，并最终获得反映两种剪应力随表土深度变化规律的解析解。研究结果对正确的分析立井井筒的应力分布规律、井壁危险点处的应力变化规律及立井井壁变形、破裂预测理论的建立具有重要作用，对桩土之间剪切力的研究也具有一定参考价值。     

基于光纤光栅技术的井壁监测预警系统研究

由于煤矿立井的特殊性及重要性,因此为保证煤矿生产的安全,必须对煤矿立井进行长期的受力及变形监测,以此来了解立井在煤矿生产过程中受力变化状况,从而及时地了解煤矿立井的损伤情况,进而对安全隐患采取有效措施。结合东荣二矿副井井壁治理工程,提出一种采用光纤光栅传感技术监测立井井筒受力及变形的方法,文章详细介绍了整个光纤监测系统的研发过程及预警阀值的确定依据,开发了基于光纤光栅监测的井筒安全状态评价方法和预警系统,并采用现场试验与理论分析相结合的方法给出待测参数的预警阀值。研究结果表明:(1)立井井壁光纤光栅监测预警系统的实施对于确保整个煤矿的安全运营具有非常重要的现实意义;(2)煤矿立井井壁的监测重点在于监测井壁混凝土结构的内部应力、应变的变化情况,从而掌握整个立井井壁的安全状况,对于已经产生破坏并加以治理的立井井壁而言,继续监测其内力变化也是必不可少的。     

考虑温度应力的深厚表土层井壁破裂分析

为了分析各荷载对造成深厚表土层立井井壁破裂的竖向应力的影响,对作用于井壁上的温度效应、自重、水平侧压力和竖向附加力在井壁内产生的竖向应力分量进行分析。分析表明,竖向附加应力和温度应力是造成井壁破裂的重要因素。进一步的分析表明,井壁内温度应力竖向分量随井壁内、外温度差增大而增大;随井壁厚度的增大,井壁内竖向附加应力明显减小,而温度应力则无明显变化。     

冻结施工立井井壁受力分析

本文阐述了冻结施工立井井壁在井筒施工期间、冻结壁解冻后和矿井投产后的受力情况。分析了冻结施工立井井壁在矿井投产后受到破坏的主要原因。提出了防止立井井壁破坏的途径。     

双层钢板混凝土井壁力学特性分析及优化设计

将ANSYS数值模拟软件作为分析工具,以优化设计为理论指导。建立双层钢板混凝土井壁结构数学模型,将内、外钢板厚度、混凝土井壁厚度作为设计变量,材料使用的总花费作为目标函数,将混凝土和钢板的应力作为约束条件。得到双层钢板混凝土井壁结构优化设计结果,为今后高效、节约、科学、合理的设计表土层深厚立井井筒井壁结构提供指导。     

基岩冻结新型单层井壁施工技术与监测分析

 以鄂尔多斯市呼吉尔特矿区葫芦素副立井为工程实例,详细阐述国内首个基岩冻结新型单层井壁的施工工艺和监测方法,对井壁施工过程中的技术难点进行分析,给出井壁混凝土的质量控制指标。现场实测表明：(1) 凿井期新型单层井壁的钢筋应力和混凝土应变同时受基岩冻结压力与井壁温度的影响;(2) 井壁钢筋应力、混凝土应变的变化过程可分为OA,AB,BC,CD共4个阶段;(3) 凿井期葫芦素副立井竖向钢筋拉、压应力极值分别为35.5～70.8和－7.0～－45.0 MPa,环向钢筋则始终处于受压状态,其压应力极值为－41.7～－101.0 MPa;(4) 凿井期混凝土竖向、环向压应变极值分别为－190.5～－458.0和－590.4～－799.1 με,环向压应变极值为竖向的1.3～4.2倍;(5) 建议将竖筋悬吊的井壁高度取为12 m;(6) 葫芦素副立井井壁配筋于凿井期具有足够的安全储备,混凝土压应变处于安全范围。     

水位下降诱发深厚表土井壁的附加应力研究

我国华东地区深厚表土层中的立井井壁破裂现象比较普遍.研究表明:开采影响和人为疏水诱发的竖向附加应力是导致井壁破裂的关键原因.因此,合理确定地下水位降低诱发附加应力的大小对于分析预测和评价井壁的安全状态有重要意义.文章以某深厚表土层井壁为例,采用FLAC3D数值模拟软件分析模拟了水位下降过程中的井壁附加力的变化规律,得出水位下降引起的附加应力是井壁破裂的主要原因;得到了水位下降与井壁附加力的定量关系以及水位下降与剪应变增量的关系,并运用第四强度理论对于井壁产生塑性变形的局部点进行了强度校核,从而为井壁破坏机理和加固防治提供了科学的依据.     

过瓦斯钻孔基岩段井壁的受力实测及分析

本文介绍了过瓦斯钻孔基岩段井壁受力实测方法及分析,其中对应力、应变与位移的监测结果,采取科学的数据处理,从而对支护结构的稳定性进行分析,掌握了瓦斯钻排孔基岩段井壁钢筋应力、混凝土应变的变化规律。通过井壁的受力实测及分析,实现了井壁的信息化施工,提高了井壁施工的安全性。     

围土注浆缓释和抑制井壁附加力效应及应用

阐述了预防与治理厚表土层立井井壁破裂的围土层注浆加固方法的机理,将围土层注浆“缓释”和“抑制”井壁竖直附加力的原理应用到某一矿井工程治理中并取得成功。通过埋设于井壁中的混凝土应变传感器实测数据表明,井壁已有的竖向附加应变减少了330με,这一结果说明井壁中既有的竖直附加力得到有效“缓释”;间歇期间的井壁附加应变几乎无增量,这一演变表明井壁附加力的增长得到了有效“抑制”;而地面变形与井壁受力实测趋势完全吻合。围土层注浆加固能够有效地改善井壁的受力状态,对井壁的既有应变有显著的缓释作用,对矿井疏排水造成的井壁附加应变的增长有明显的抑制作用。这一理论与技术可以在类似矿井井壁破裂防治与治理工程中推广应用。     

深厚表土层冻结法凿井外层井壁的受力实测分析

介绍了对宁夏红四矿主井冻结井壁的冻结压力、钢筋应力、混凝土应变和温度的监测方法。通过对主井井壁的实时监测,获得已成型冻结段井壁的冻结压力、钢筋应力和混凝土应变,掌握了深部冻结井壁的钢筋轴力、混凝土应变的变化规律,在此基础上评价冻结壁和井壁的安全状况。通过实时监测,主井井壁实现了信息化施工。     

新型钢板混凝土井壁力学性能研究

为能更全面评价钢板混凝土井壁的受力性能,在模型试验的基础上,采用ANSYS有限元软件对其受力性能进行模拟分析。讨论了构件的承载力、变形和应力分布,证明了钢板混凝土井壁是一种承载力高,造价较低,规格多样,可适合各种地质条件的新型井壁。     

深厚冲积层高强钢筋混凝土井壁力学特性研究

 通过实验和理论计算,对在均匀荷载作用下高强钢筋混凝土井壁的力学特性进行分析。实验结果表明：高强钢筋混凝土井壁具有很高的承载力,影响其承载力的主要因素依次为混凝土的强度等级、厚径比和配筋率;在均匀外荷载作用下,混凝土强度提高10 MPa,井壁的极限承载力提高4 MPa左右,配筋率对井壁的极限承载力影响很小;高强钢筋混凝土井壁结构破裂时,环向钢筋沿破坏面发生塑性弯曲,混凝土破坏面与最大主应力方向的夹角为25°～30°,属压剪破坏。理论分析时,采用线性软化本构模型以及符合混凝土强度特性的Mohr-Coulomb强度准则,推导出高强钢筋混凝土井壁极限承载力的理论计算公式,并且其计算结果得到实验验证。     

特厚表土层双层钢板 高强高性能混凝土钻井井壁试验研究

 针对500～700 m特厚表土中钻井井筒的支护难题，认为合理的解决途径是采用双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构。首先，给出钻井井壁C60～C75高强高性能混凝土的优化配合比；然后，根据相似理论，进行双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构的模型设计。通过模型试验，对这种井壁结构的应力、变形特性和强度特征进行研究，研究结果表明：由于内、外钢板筒的约束作用，井壁结构中的混凝土完全处于三轴受压应力状态下，其抗压强度得到较大程度的提高，且井壁破坏时混凝土的极限压应变达到－4 600 me，表现出较好的延性特性，得到了该种井壁结构承载力的试验值，从而为该种高强井壁结构的工程应用提供了设计依据。目前，该研究成果已应用于3个特厚表土层的钻井井筒工程实践中。     

地层疏水沉降时井壁受力的非线性分析

根据桩基理论,采用剪切位移法,考虑井壁与地层间的相对位移,得到疏水地层井壁附加力和轴向应力的大小和分布规律,并与有限元分析结果进行比较,为井壁设计及计算提供了理论依据。     

深部土层失水变形时土与井壁相互作用试验与理论研究

介绍了用高压直剪仪和三轴伺服仪测定大埋深土与井壁相互作用试验方法 ,得到了土与井壁相互作用剪应力 -位移曲线、单位刚度系数和强度等参数。结合试验结果 ,分析了深部土层失水变形时 ,土与井壁接触带相互作用深部为塑性浅部为弹性的变形特点。建立了土与井壁相互作用理想弹塑性分析模型 ,得到了计算井壁附加竖直位移、应变和附加应力的解析公式 ,并讨论了其随深度和深部土层压缩量等因素变化的规律。最后给出计算实例 ,说明了理论研究的实用性     

立井衬砌钢结构竖向可缩接头性能试验研究

为防止钻井工法施工的立井衬砌受地层失水沉降引起的竖向负摩擦力作用而发生破坏 ,在立井衬砌的局部设置一种带环形立板和径向肋板的竖向可缩接头。为了解该装置的基本性能 ,对其结构模型进行了单轴受力、三轴受力状态的模型试验和水平侧向压力条件下的模型试验研究 ;全面探索这种可缩性钻井井壁接头的竖向可缩能力、竖向临界承载力、接头结构内部的相互制约作用以及可缩接头参数与上下井壁设计强度之关系 ;证明了这种井壁接头具有释放井壁竖向应力 ,抗侧向压力的作用和良好的防水能力 ,能起到防止钻井井壁破坏的作用 ,也对该类井壁接头的设计计算和参数取值提出了建议     

施工期钻井井壁钢筋应力实测研究

介绍了温家庄铁矿副井钻井井壁施工期间钢筋应力的实测方案,分析了钻井井壁钢筋应力的变化规律,结果表明：施工期钻井井壁钢筋以受压为主,环向钢筋压应力大于竖向钢筋,钢筋应力变化阶段与施工工序相对应。漂浮下沉阶段钢筋应力呈现“双线性”特点,实测与理论计算应力相吻合;增加配重水阶段环向钢筋压应力减小而竖向钢筋压应力增加;首次注浆阶段钢筋压应力显著减小,个别钢筋出现拉应力;后 3 次注浆阶段钢筋压应力先增加后部分恢复,环向钢筋应力变化大于竖向钢筋;抽排配重水阶段环向钢筋压应力显著增加,竖向钢筋应力变化不大;二次补注浆阶段钢筋压应力先增加后恢复,但恢复幅度较前述注浆有所减小。施工完成后钢筋最大应力达到屈服应力的 41% 。