富水条件下深立井施工安全保障技术研究

摘要

立井是煤矿生产系统的咽喉，立井井筒的施工也是整个矿井建设的关键工程，其施工的质量和快慢直接影响后续工程和整个煤矿运营期间的效率和安全。因此，立井建设期间的安全和质量必须引起关注。
　　工程实践表明，立井井筒冻结法施工期间，井壁外侧不仅受到水平方向的冻胀压力，还受到土层融沉产生的竖直附加力，该力是造成外壁破坏的主要因素，因此，井筒冻结施工期间的井壁安全问题需要深入研究与解决;特别针对基岩段含水地层多且多为孔隙水、水量大的特点，为实现安全高效快速施工，需要开展大段高工作面注浆技术的研究工作，以实现安全快速建井的目标。基于此本文采用理论分析、室内试验、数值模拟、现场原位实测、工程实施相结合的综合方法，对富水条件下千米深井安全施工中井壁安全性、大段工作面注浆进行系统研究与实践。得到以下结论:
　　(1)基于双剪统一强度理论，推导出了厚表土立井井壁的塑性极限荷载计算公式，获得了厚表土立井井壁塑性屈服时的极限荷载状态线;研究了井壁的塑性极限荷载与井壁混凝土材料的拉压异性特性之间的关系。随着井壁材料拉压异性系数α的增大，极限荷载图与原点所包围的封闭区域随之减小，井壁的承载能力逐渐降低;分析了井壁的塑性极限荷载与井筒几何特性之间的关系。随着井壁厚度逐渐增大，井壁的塑性极限荷载呈非线性增大，当R0/R一定时，随着井壁竖向荷载的增加，极限塑性荷载逐渐减小，R0/R越小，减小的幅值越大;分析了井壁的塑性极限荷载与和中间主剪应力之间的关系，获得了分析井壁塑性极限荷载时，参数b的合理取值范围;研究获得了基岩风化带位置的井壁塑性极限荷载约为36.6～37.1MPa，以此指导施工，在井筒不同深度处采用不同标号的混凝土，严格按标准进行混凝土配合比实验，制定合理配合比。
　　(2)根据注浆前后孔隙水压力变化的模拟对比分析可以发现，通过注浆能有效保护了井壁结构和上部地层的稳定;注浆仅对工作面附近区域产生较小的影响，降水影响范围限定在一个很小的范围内，有效保护了井筒及地表建筑物;工作面渗流速度的变化能有效说明了注浆堵水的效果良好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

2 工程概况

2．1 井田概况

2．2 井田工程地质

2．3 水文地质情况

3 井壁强度特征及安全性预测研究

3．1 井壁材料强度的回弹无损检测

3．2 厚表土层井壁受力的塑性极限分析

3．3 井壁安全预测分析

3．4 小结

4 基岩大段高工作面注浆技术及其应用研究

4．1 工作面注浆堵水数值模拟研究

4．2 工作面注浆方案设计

4．3 工作面注浆效果检测

5 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

致谢

参考文献