煤矿斜井冻结段受力特征及井壁开裂原因分析

摘要

袁大滩煤矿副斜井由明槽段、冻结段和基岩段3部分组成,总长度3555 m.其中冻结段(681 m)采用双层钢筋混凝土井壁,其断面为直墙拱顶、平直底板结构形式.副斜井冻结段施工完毕,底板即出现纵向裂缝,伴随多个出水点;通车后,底板裂缝进一步发展,并出现横向裂缝.为确保斜井井筒的长期安全稳定,对斜井井筒受力特征进行分析,找出该结构形式下的潜在危险点,并分析裂缝产生和发展的原因,评价井筒结构的安全性,为矿井运营和后期维护提供参考.数值模拟结果表明:(1)现有的井筒断面结构存在6处危险点,且各危险点处主应力值均呈现随埋深的增加而增大的趋势;(2)井筒断面的最大主应力云图基本稳定,但是最小主应力云图随着埋深的增加而逐渐变化,最大主应力表现为压应力,最小主应力表现为拉应力;(3)在不考虑车辆荷载往复作用对井筒应力的影响情况下,应力变化幅度随着埋深的增加而减小,不同危险点的变化幅度有所不同:拱顶变化幅度最大,而拱腰则没有应力改善;(4)直墙拱顶的结构是合理的,但平直底板的设置带来了结构的安全性问题,在围岩应力和往复车辆荷载的共同作用下,造成了裂缝的产生和贯通.