深厚表土中井壁破裂及治理過程中的力學特性研究.pdf

1、深厚表土層中的鋼筋混凝土井壁發(fā)生非采動破壞是一種特殊的地質(zhì)災害，是人類采礦活動和地質(zhì)環(huán)境相互作用的結(jié)果。經(jīng)過幾十年來廣大科研工作者的研究證明，這種破壞的根本原因是采礦活動造成深厚表土層的底部含水層失水，土層失水固結(jié)沉降給井筒施加一個豎直向下的附加力，附加力隨疏排水的增加而逐年增加，最終造成井壁在表土與基巖交界面附近豎向壓潰破壞，對于這種破壞主要的治理方法包括卸壓法、破壁注漿法和地面注漿法。本文采用理論分析、現(xiàn)場實測和有限元模擬相結(jié)合的方

2、法，針對井壁非采動破壞及各治理方法展開了以下研究工作： 1.介紹了深厚表土層中井筒的破裂機理，以及針對這種破壞的主要治理方法。 2.以兗州礦業(yè)集團濟寧三號煤礦為例，詳細分析了深厚表土中井壁破裂的條件、機理和影響因素，介紹了各治理方法的機理及優(yōu)缺點。 3.通過分析濟寧三號煤礦主井、副井治理期間的井壁監(jiān)測信息，得到了井壁在治理期間的受力及變形規(guī)律；研究了注漿抬升地層并緩解豎向附加力的機理。使監(jiān)測系統(tǒng)起到了超前指導并優(yōu)

3、化井壁治理設(shè)計與施工的重要作用，并檢驗了治理效果。 4.通過分析鋼筋混凝土彈塑性理論、ANSYS使用方法和井壁參數(shù)，得到深厚表土中鋼筋混凝土井壁模擬方法，并通過模擬分析進一步驗證了豎向附加力是造成井筒破壞的根本原因。 5.采用ANSYS進行有限元模擬，結(jié)合理論分析和現(xiàn)場實測，系統(tǒng)地研究了治理前及治理期間井壁的受力變化規(guī)律。 (1)運用有限元模擬結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)證明了，隨表土固結(jié)沉降井壁豎向附加力和水平地壓同時增加。首

4、次用實測數(shù)據(jù)指導下的有限元模擬反分析，得到了治理前井壁所受豎向附加力增加量和水平地壓增加量，并將之統(tǒng)一定義為廣義附加力?；谠摲捶治?，研究了井壁豎向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變隨豎向附加力和水平地壓增加而增加的變化規(guī)律，模擬結(jié)果與實測有良好的吻合性，克服了數(shù)值模擬不考慮水平地壓增加而得到的井壁環(huán)向應(yīng)變隨豎向附加力增加而減少的弊端。 (2)在以上研究基礎(chǔ)上，模擬得到了破壁注漿治理過程中漿液壓力作用下井筒受力變形規(guī)律，分析了通過合理調(diào)整注漿位置改

5、善井壁受力的方法；利用反分析法得到了治理后井壁破壞時間的推遲年數(shù)，從量的角度分析評價了治理效果。 (3)模擬分析了卸壓法治理井壁破壞的機理及治理后井壁受力狀態(tài)變化，分析得到通過卸壓槽壓縮使井筒外壁破壞而保持井筒內(nèi)壁安全的機理。 (4)通過模擬驗證了主井井壁存在薄弱點的預計；模擬得到井壁抬升量，揭示了井塔內(nèi)二層橫梁出現(xiàn)剪切裂紋的原因，并提出了可能的解決方案。 文中分析的治理期間井壁受力變化情況，不僅為指導本治理工程