可缩性井壁接头的竖向稳定性研究

摘要

近年来，在各地的煤矿矿区相继发生了100多个煤矿立井井筒破裂事故。经研究发现了在过去不曾认识到的竖向附加力问题。当处于特殊地层条件时，井壁在承受自重包含装备重量的前提下，还要承受由于含水层疏排水而产生的竖向附加力。当井壁的位移大于地层向下的位移时，井壁外表面会受到向上的竖向附加力的作用;反之，会受到向下的竖向附加力的作用。那些发生井筒破裂事故的大多是井筒周围土层固结沉降，施加给井筒一个相当大的向下竖向附加力，使井筒受到的竖向荷载加大，最终导致井壁因强度不足而破坏。而解决这个问题的最好途径就是降低井壁的竖向刚度即在立井井壁中设置若干个竖向可缩接头。矿井中的可缩性井壁接头多为组合钢结构，而钢结构的稳定性能是决定其承载能力的重要因素，故可缩性井壁接头的稳定性研究已经成为一个重要的研究课题。
　　本论文以淮北矿业（集团）有限责任公司的祁南二矿箕斗井和陶忽主井为工程实例，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，对可缩性井壁接头的极限承载力和竖向稳定性进行了研究。对比分析了不同尺寸、结构下可缩性井壁结构的力学性能。
　　研究表明:可缩性井壁接头的高度对极限承载力影响较小，主要跟立板的截面和位置有关;当可缩性井壁接头的竖向极限承载力小于对应结构的非线性屈曲临界荷载时，结构不会发生竖向失稳破坏，且结构的竖向极限承载力即为竖向设计计算控制荷载;反之，即会发生竖向失稳破坏，且结构的非线性屈曲临界荷载即为竖向设计计算控制荷载。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外的研究动态

1．2．1 井壁结构的发展

1．2．2 井壁施工方法

1．2．3 可缩性井壁接头

1．2．4 可缩性井壁接头的稳定性分析

1．3 本文的研究内容和研究方法

1．3．1 本文的研究内容

1．3．2 研究方法

2 可缩性井壁接头的设计方案

2．1 设计要求

2．1．1 强度和刚度

2．1．2 可缩量

2．1．3 其它方面

2．2 理论计算

2．3 祁南二矿箕斗井设计方案

2．3．1 工程概况

2．3．2 参数设计

2．3．3 祁南箕斗井的模拟假设

2．4 陶忽矿井主井设计方案

2．4．1 工程概况

2．4．2 参数设计

2．4．3 陶忽主井可缩性井壁的模拟假设

3 可缩性井壁接头竖向极限承载力

3．1 祁南二矿箕斗井可缩性井壁接头的假设模型

3．1．1 立板厚30mm不变

3．1．2 立板厚40mm不变

3．1．3 立板厚50mm不变

3．2 陶忽主井可缩性井壁接头的假设模型

3．2．1 立板厚30mm不变

3．2．2 立板厚40mm不变

3．2．3 立板厚50mm不变

3．3 竖向极限承载力数据汇总

4 可缩性井壁接头的竖向稳定性

4．1 祁南二矿箕斗井可缩性井壁接头假设模型的线性屈曲荷载

4．1．1 立板厚30mm不变

4．1．2 立板厚40mm不变

4．1．3 立板厚50mm不变

4．2 陶忽主井可缩性井壁接头假设模型的线性屈曲荷载

4．2．1 立板厚30mm不变

4．2．2 立板厚40mm不变

4．2．3 立板厚50mm不变

4．3 线性屈曲荷载数据汇总

4．4 祁南二矿箕斗井可缩性井壁接头假设模型的非线性屈曲临界荷载

4．4．1 立板厚30mm不变

4．4．2 立板厚40mm不变

4．4．3 立板厚50mm不变

4．5 陶忽主井可缩性井壁接头假设模型的非线性屈曲临界荷载

4．5．1 立板厚30mm不变

4．5．2 立板厚40mm不变

4．5．3 立板厚50mm不变

4．6 非线性屈曲临界荷载数据汇总

5 可缩性井壁接头数值分析

5．1 数值模拟方法与计算软件

5．2 数据汇总

5．2．1 祁南二矿箕斗井可缩性井壁接头ANSYS模拟数据分析

5．2．2 陶忽可缩性井壁接头ANSYS模拟数据分析

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 存在问题与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果