任楼煤矿副井井壁破坏机理与防治技术研究

摘要

深厚表土层中煤矿井筒的变形破坏是黄淮地区普遍存在的一种矿山工程地质灾害，而井筒作为煤矿中最重要的井巷工程，肩负着煤矿整个生产系统的安全保障，其对煤矿的重要性不言而喻。近年来皖北矿区已有多个煤矿出现过非采动条件下不同程度的井筒变形或破坏现象，在给煤矿造成巨大经济损失的同时也给煤矿安全生产带来严重威胁。因而针对井筒的变形破坏这一工程问题开展相应的研究不仅具有理论价值，更具有重要的实际应用意义。
　　临涣矿区任楼煤矿副井井壁自发生变形破坏后已严重干扰煤矿的正常生产。为弄清该矿副井井壁变形破坏机理，并在此基础上给出适当的治理措施，本文先从任楼矿副井变形破坏的特征入手，通过现场实测、理论分析与数值模拟等方法，开展相关研究，取得主要成果如下:
　　(1)基于任楼矿副井周边松散层地质及水文地质条件的研究，分析了工业广场地面水源井取水及地下开采等活动造成的松散含水层水位及工业广场与副井四周地面沉降的变化情况，研究了松散含水层失水与地面沉降二者之间的内在联系，给出了副井井壁变形破坏机理的理论分析;
　　(2)构建了任楼矿副井变形破坏的工程地质模型，借助数值模拟计算的结果，分析了松散层失水与井壁最大竖直附加应力的相关性，并得到了具体的拟合公式。而且数值模拟的研究结果也验证了副井变形破坏机理的理论分析结果;
　　(3)根据井筒变形破坏的已有的治理方法、技术及经验，结合任楼矿副井变形破坏的实际情况，对副井实施了槽钢井圈加固和注浆加固等工程修复的治理措施，有效缓解了井壁竖直附加应力的增大，取得了良好的治理效果。此外，还从矿区水源井的取水区域、取水层位及矿井水资源的利用等角度，提出了防止地层疏水沉降的治本建议。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 井筒变形破坏机理的研究

1．2．2 井筒交形破坏防治的研究

1．2．3 井筒变形破坏的判别及预测研究

1．3 研究目的及意义

1．4 论文主要研究内容、研究方法及技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究方法

1．4．3 技术路线

2 矿井概况

2．1 自然地理情况

2．2 井田建设与开采情况

2．3 矿井地质特征

2．3．1 区域地层

2．3．2 地质构造

2．3．3 煤层与煤质

2．4 矿井水文地质条件

2．5 矿井涌水量

2．5．1 矿井主要导水通道

2．5．2 矿井实测涌水量

2．5．3 矿井涌水构成成分与分析

3 任楼矿副井井壁变形破坏机理分析、

3．1 副井概况

3．2 副井变形破坏特征

3．3 松散含水层水位动态与地面沉降

3．3．1 井田松散层概况

3．3．2 工业广场水源井分布

3．3．3 松散含水层水位动态特征

3．3．4 地面沉降特征

3．3．5 松散含水层水位动态与地面沉降的相关性

3．3．6 矿井涌水规律

3．4 副井井壁破坏的工程地质解释

4 任楼矿副井井壁破坏的数值模拟分析

4．1 FLAC软件简介

4．2 数值计算模型的建立

4．3 本构关系与边界条件

4．4 材料参数的选取

4．5 数值模拟计算的过程及结果分析

4．5．1 数值模拟计算过程

4．5．2 数值模拟计算结果

4．5．3 井壁处的竖直附加应力大小随深度的变化规律

5 任楼矿副井井壁破坏的防治

5．1 地层疏水沉降破坏井壁的防治思路

5．2 井筒破坏的防治技术简述

5．2．1 槽钢井圈加固

5．2．2 套壁加固

5．2．3 注浆加固

5．2．4 卸压槽法

5．2．5 优化井壁结构法

5．3 副井井壁治理的具体措施

5．3．1 架设槽钢井圈

5．3．2 注浆加固

5．4 防止地层疏水沉降的治本建议

6 主要结论、创新点与展望

6．1 主要结论

6．2 主要创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果