兖腾—徐淮矿区地应力与井筒破裂关系研究

煤矿立井非采动破裂是一种矿井地质灾害,但对于立井破裂的原因有着多种认识,兖腾—徐淮矿区井筒发生破裂后,有一种观点认为造成井筒破裂的原因是该区内水平构造应力大所致,根据该矿区地应力与井筒破裂关系进行的分析研究,论证了该矿区的井筒破裂与水平构造应力并不存在着很密切的联系。     

济宁二号煤矿井筒破损井壁修复技术实践

由于受矿井地质和水文地质等因素长期影响以及当时施工工艺的局限性,山东济宁二号煤矿副井井壁出现较大面积质量缺陷、粉化破坏等问题。井壁粉化破坏区域出现的掉块、局部脱落隐患,随时威胁井内设备、电缆和人员安全,对于井壁缺陷区块存在整体垮塌的风险,进而影响井筒正常使用,极可能造成重大安全事故。通过分析井壁破损粉化段所处地层,认为混凝土受硫酸盐侵蚀而使井壁破损粉化。提出采用"锚网喷+壁面硅烷浸渍处理"的方案进行井壁修复加固,消除了井筒安全隐患,取得了较好的效果。     

厚冲积层立井井筒非采动破裂过程的三维耦合数值模拟

立井井筒破裂时,在底含、基岩、井筒之间包含三个同时发生的变化过程(1)底含水由基岩向矿井中的渗流;(2)深厚表土底部含水层的失水固结沉降与井壁附加力的产生;(3)立井井筒在附加力的作用下发生变形.本文采用拉格朗日元法对立井井筒的破裂过程进行了数值计算,且设置了界面单元来计算土与井筒之间的相互耦合作用,其计算结果揭示了立井井筒破裂过程中各个影响因素之间的变化规律,对于立井井筒破裂的机理分析及预防治理具有重要意义.     

井壁破裂与砼的徐变破坏

黄淮地区煤矿井壁破裂大都是由于厚松散覆盖层底部含水层失水固结,地层沉降,导致井壁外侧出现负摩阻力,从而在竖井轴向上形成附加的下拉荷载而引起。这些破裂始见于保护层砼的剥落,而后见壁中砼发育密集的竖直砂浆裂隙,砼中骨料因界面裂隙的发育而被剥离,砼向井内膨胀并呈现“假塑性”等。除这些特征外,从负摩阻力的出现及增荷过程来看,井壁破裂是在轴向高压应力长时间作用下的结果,它涉及的是井壁砼的长期强度,故井壁破裂属于砼徐变破坏。      

破裂井筒侧摩阻力分析

根据有效应力原理,对破裂井筒详细调查,建立由多个含、隔水层组成的厚表土底部固结沉降井壁侧摩阻力的概化模型。指出这类井壁不仅有负阻力,同时还有正阻力及零阻力井段,它们的分布决定了井壁挤压破裂及拉伸的部位。从有效应力的变化阐明了井壁破坏与降水季节的关系      

井筒安全评价与防治工程信息管理系统

针对厚冲积层地区出现的90余个立井壁突发破裂以及具有类似地层条件的数百井筒,需对井筒安全状况进行评价,并对防治工程进行信息管理。以兖矿集团井筒破裂防治为例,编制了评价管理系统和相应软件。系统包括矿井基本情况、实测结果与分析、经验与理论预测、有限元分析等功能,已有效指导了井筒破坏的防治工作。      

考虑温度效应的井壁竖向附加力反演分析

为了分析考虑温度应力后作用于深厚表土层立井井壁竖向附加力,建立了由于立井内、外壁温度差产生的温度自应力和径向膨胀受阻产生的温度应力解析式。基于井壁是由于竖向应力超过钢筋混凝土井壁极限抗压强度而发生破裂的事实,对作用于井壁上的温度荷载、自重、水平侧压力和竖向附加力在井壁内产生的竖向应力分量进行了分析,结果表明,竖向附加力是导致井壁破裂的最主要因素,温度应力也是诱发井壁破裂的重要因素。同时在考虑井壁温度应力和井壁破裂特征的基础上,利用井壁结构设计理论通过反演分析得到了地层疏水沉降时井壁承受的最大竖向附加力的数值,为新建井壁设计和已建成投产井壁的安全性评估提供重要参考依据。     

矿山竖井井壁与围岩热-固耦合作用分析

为研究竖井井筒运行期间受季节性温度变化影响时井壁的受力情况,对井壁和围岩应用弹性力学原理和热传导原理进行公式推导,在分析井壁温度场和应力场时结合围岩一起建立,数学力学模型,按"接触面问题"处理。公式推导结果表明,井筒运行期间井壁和围岩温度场随井筒内气流温度呈现周期性变化,井壁及围岩的温度场始终为不均匀分布状态;围岩随着径向距离的增大,温度影响逐渐消失;运行期间井壁切向总应力和环向总应力随井筒内气流温度呈现周期性变化,井壁内缘处环向总应力取得最大值,径向总应力取得最小值;无穷远处水平地应力值对运行期井壁总应力影响较大,通风时井壁内通常处于压应力状态;围岩的温度变化是影响井壁的受力状态的重要因素,井壁设计时需将井壁内缘变温最大时的应力差|σ_θ-σ_γ|作为选择井壁混凝土强度的参考最低值,还需要结合井壁温度应力的早期应力和中期应力进行分析。     

黑龙江省荣华立井壁后空洞破坏及注浆有限元分析

井壁溃沙、壁后空洞对立井的影响一直威胁着煤矿安全生产,对破坏的立井稳定性规律研究分析及处理方法备受关注。本文应用大型有限元分析软件ADINA,采用莫尔-库仑准则和拉伸破坏准则的组合并结合现场仪器原位检测模拟井壁后空洞破坏以及注浆,对荣华立井壁溃沙、壁后空洞对立井稳定性的影响和壁后注浆治理时不同注浆压力对井壁稳定性影响的基本规律进行研究,并依据分析结果制定了注浆方案。数值仿真分析表明:溃沙、空洞对井筒稳定有不利影响,并造成地表沉降;注浆压力对井筒稳定性有直接影响,当注浆压力达到一定值时,井壁竖向应力可出现拉压力,水平应力增大易导致井壁破裂。     

深部土K0参量在井壁稳定性验算中的研究

水平地压计算方式考虑了土的天然特性,利用自行设计的高压K0蠕变试验系统试验得到深部土的K0参量,作为研究山东省巨野矿区埋深近700m的巨厚土层中煤矿立井水平地压大小计算参数,模拟实际状况.分析表明,在厚表土地区进行井筒建设中,由于含水层失水造成井壁竖向附加应力的存在,所以在该类地区进行井筒建设时,不但要进行环向稳定性验算,还应该进行竖向稳定性验算,该妹类地区井筒破坏主要是由于竖向附加应力引起的.     

水平井多段压裂应力场计算新模型

为了准确认识水平井多段压裂过程中井筒周围应力场变化,指导裂缝起裂和延伸机制研究,综合考虑井筒内压、地应力、压裂液渗流、热应力、射孔和先压开裂缝等因素的影响,根据应力叠加原理,建立了水平井多段压裂应力场计算模型。该模型利用位移不连续法,重点考虑了先压开裂缝在水平井筒周围水平面上产生的诱导应力大小,克服了裂缝诱导应力解析模型只能计算裂缝高度平面诱导应力大小的局限。结果表明,通过应力场模型进行的破裂压力预测与实际破裂压力值吻合度较高,验证了建立模型的准确性;人工裂缝形成后会对水平井筒周围应力场造成很大影响,在裂缝尖端出现应力集中,造成应力分量降低,在裂缝周围一定区域造成应力分量有较大的升高;多段压裂压开人工裂缝越多,应力之间干扰越严重,水平井筒周围应力分布越复杂。该研究对认识多段压裂存在先压裂缝干扰下后续裂缝的起裂和延伸机制,指导压裂施工具有一定意义。     

煤矿立井井壁破裂的机制及防治措施

文章在详细调研当前煤矿立井井壁破裂现状和特点的基础上，对当前煤矿立井井壁破裂机理的研究成果，尤其是附加应力说进行了分析总结，并针对兴隆庄煤矿立井井壁破坏的特点和状况，分析研究了其破坏机制，给出了防治方法与技术措施，实践证明效果良好，为井壁破坏的治理提供了参考依据。     

煤层气水平井煤层段井壁破裂压力预测——以沁水盆地樊庄3号煤层为例

针对煤层气井井壁破裂问题,应用岩石力学分析方法,从井壁应力分布入手,根据任意斜井井壁力学模型,结合最大拉应力理论,建立了水平井煤层段井壁临界破裂压力计算公式,并对沁水盆地樊庄3号煤层水平井煤层段井壁临界破裂压力进行了预测。结果显示:樊庄3号煤层水平井在钻井过程中(为防止地层被压开),钻井液密度应控制在3.28 g/cm3以内;水平井压裂时最小破裂压力梯度为3.22 MPa/hm。      

深厚表土层中高强复合井壁结构的试验研究

针对煤矿立井井筒深厚表土层的支护,提出了采用双层钢板高强混凝土复合井壁结构。通过模型试验,得到了这种井壁结构的应力特性和强度特征,通过理论分析和试验结果给出了双层钢板高强混凝土复合井壁承载力的计算公式,从而,为该种井壁结构的实际应用提供了设计依据。其研究成果已在4个井筒中得到了成功地应用。     

冻结壁融化阶段井壁温度应力研究

利用复合井壁的措施，立井井壁在生产经营阶段的破裂问题已基本得到了解决；但是，冻结壁解冻过程中的井壁破裂问题却长期存在着。为了详细分析立井井壁受力因素及过程，找出导致井壁破裂的真正原因，并提出切合实际的防破措施，笔者从物理学中的热胀冷缩原理出发，结合弹性力学中的热弹性理论及土力学中的Winkller地基模型，正确地推论出了冻结壁解冻期立井井壁应力的分布规律，并根据应力成分的分析，得出了温度因素才是导致井壁破裂的根本原因的重要结论。不仅从理论上解释了该阶段井壁破裂的一系列特征，而且为根本解决该阶段深立井的破裂提供了理论依据。     

采动影响下金川二矿区14行风井变形破坏机制探讨

竖井作为井下开采矿山的咽喉工程,在矿山的安全生产中起着举足轻重的作用.金川二矿区14行主力回风井位于矿体下盘,井深715.5m,穿过的工程围岩有超基性岩、花岗岩、大理岩、辉绿岩等以及F_207断层.该风井于1999年10月开工下掘, 2002年投入使用,2005年3月突然跨塌.本文根据现场调查和数值模拟,分析了风井变形破坏的特征和机制.发现主要有井壁错动开裂、片冒、冒落物冲击井壁等几种破坏形式,并得出在采动影响下最易在以下几个位置发生破坏:(1)井筒上部(0～200m),易出现拉裂破坏和围岩整体剪切滑动;(2)F_(207)断层及其上下接触部位(200～220m),井筒很有可能在此处发生上下错动,从而导致剪切破坏;(3)井筒中部(360～460m),受采动影响较大,可能发生鼓肚子破坏;(4)井筒下部F_(16)断层影响带(井底以上50m),岩体在采动影响下将发生松动,从而导致在结构面穿插部位可能发生冒落.     

东保卫矿西风井地面预注浆施工技术

东保卫煤矿现有生产能力和通风网路满足不了生产接续问题,依据矿井生产持续发展的需要,需补做一个西翼采区风井。井筒穿过的基岩地层部分岩石破碎,工程地质稳定性较差;井筒涌水量偏大,为了给井筒安全快速掘砌提供保障,决定开拓前对基岩段进行地面预注浆,以加固井筒围岩和封堵基岩地下水。     

矿井井筒围岩流变对井筒稳定性的影响

根据流变力学的基本理论，分析了矿井井筒围岩的流变引起支护衬砌中应力和位移随时间的变化规律，建立了与时间有关的支护衬砌破坏准则，对矿井井筒的支护设计和预计衬砌不同时期的受力和稳定性有一定的参考意义。     

矿井通风对多年冻土井筒围岩热影响的数值分析 (Ⅱ): 多年冻土井筒围岩温度的变化规律

在多年冻土区进行煤矿地下开采, 通风作用改变了井筒围岩的热平衡条件, 从而引起了多年冻土上限及其井筒周围冻土季节融化层的变化, 有可能影响到井筒支护结构的稳定性. 因此, 研究在矿井通风作用下, 多年冻土温度场分布及随季节的变化趋势是有意义的. 基于ANSYS有限元分析软件, 针对多年冻土区某煤矿的赋存条件、 试验采场位置以及通风作用对冻土的影响范围, 建立了二维数值计算模型, 利用焓式有限元方法对多年冻土井筒围岩的温度特性进行了数值模拟, 分析了矿井通风对多年冻土井筒围岩的热影响程度, 其计算方法和结果为下一步多年冻土煤矿地下开采井筒支护设计提供参考依据.     

煤矿灾害时空序列特征分析

中国70%以上的矿井灾害并不是随机发生的,而是沿着灾害矿井周边向其他矿井"扩散"。这种"扩散"既包括同类事故,也包括不同类型灾害;有些灾害事故还伴随周边地震活动。当然,也有一小部分灾害事故孤立发生。这些现象显示矿井灾害事故似乎存在一定规律,如果能够掌握并加以利用,具有多方面的意义:(1)各矿区进行统一、科学、合理的释放应力,制定更全面的卸压方案;(2)对于矿井密集的地区,每个矿区要了解周边邻近县市煤矿采掘点、构造应力场、区域应力场情况,在制定开采方案过程中,除了保证自身卸压需要,还要保证整个大区的应力平衡;(3)各煤矿大区需建立灾害通报机制,进行灾害预警,提前防范。彼此掌握大区灾害情况,以利于煤矿生产防灾、减灾。最后,文章提出了开展中场、近场地压监测的设想,并就地压监测与煤矿生产运行进行初步描述。