特殊地质灾害对井筒的破坏及对策

从工程地质学角度分析了由于采矿活动所引起的特殊地质条件下的表土变形 ,以及因表土变形而产生的竖向摩擦力和倾复力对井筒的破坏作用。提出在矿井设计与施工中应特别重视工程地质问题及井筒治理的对策。     

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.     

矿区表土疏水沉降机理及其与井壁破裂的关系

为了揭示矿区表土疏水沉降的机理,并透析表土沉降与井壁破裂之间的关系,从表土疏水沉降的模拟实验入手,分析了矿区表土缩水沉降的机理。揭示了矿区表土层中非压缩区的存在,并在此基础之上分析了立井井筒所承受的负向滑动摩擦力的形成及变动规律,剖析了井壁破裂与表土层厚度及下含水水位的特定对应关系,为揭示井壁破裂时间的可预测性奠定了基础。      

竖井变形破坏机制与继续使用可行性探究

依据程潮铁矿地表变形、岩体变形和井筒裂缝监测资料,分析东主井井筒变形破坏的成因,总结井筒裂缝分布规律及其与采空区的关系,通过数值分析探讨井筒继续使用的可行性。结合后期对地表与深部岩体较为详细的监测资料,建立了倾倒破坏力学模型,探讨井筒裂缝扩展与井区岩体水平位移之间的关系以及井区岩体分区与井筒裂缝分布之间的关系。研究结果表明,东主井变形破坏是由地下采矿引起的,岩体水平位移对井筒变形破坏起重要作用;井筒的裂缝分布在空间上与采空区的位置有关,井筒的东面和西面裂缝发育,南面和北面基本无裂缝。由数值计算结果可知,井区地表与岩体变形将继续加大,但不会发生整体失稳破坏。对比岩体分区与裂缝分布发现,井筒的裂缝分布在深度方向上与井区岩体分区有很好的对应关系。     

井筒非采动变形破坏附加应力影响因素分析

立井井筒的非采动变形破坏是出现在华东厚表土层矿区的一种特殊矿山地质灾害,底部含水层失水压缩变形产生的附加应力是造成这一地质灾害的主要原因。在总结井筒发生非采动变形破坏的地质条件和破坏特征基础之上,通过建立三维数值模拟模型,分析了不同影响因素作用下井筒外壁所受附加应力的大小和变化规律,并根据模拟结果,利用弹性力学厚壁圆筒解建立井筒变形破坏应力状态与底部含水层水头降之间的对应关系,得到井筒变形破坏极限状态下对应的底部含水层水头降为89.5 m。      

多臂井径与磁测组合检测套管损伤的测井资料解释方法

本文分析了测井资料的影响因素,总结了套管损伤的主要原因,提出交会图法、井筒立体网格图法、井壁展开成像图法、井筒横截面图法、井筒三维立体图法5种套管变形定性分析方法,建立了基于变径率的套管变形定量评价标准。     

岩土体变形破坏机制及井筒破裂模式

以淮北临涣矿区为例,在详细调查分析了破裂井筒的矿井水文地质与工程地质条件及其它背景资料的基础上,根据矿区底含土体及煤系基岩风化带变形破坏的影响因素及形成过程,本文首次论论了岩土体变形破坏的四个发展阶段和井筒破裂的四种模式及其间的关系,并揭示了井筒破裂的,从而为防治井筒破裂和评价井筒稳定性提供了依据。     

抛物线型屈服面人工冻土蠕变本构模型研究

利用自行研制的W3Z-200型冻土三轴压缩蠕变仪,对淮南地区深表土冻土进行了三轴蠕变试验。根据试验结果,提出以标准黏弹塑性模型为基础,并耦合温度自由度,应用抛物线型屈服准则对模型中的黏塑性项进行改进,建立了新的本构模型来描述高围压复杂应力状态下冻土的蠕变变形特征。基于ADINA有限元软件平台,开发了冻土本构子程序。对淮南某冻结井筒开挖过程进行了数值模拟,计算结果验证了冻土抛物线型黏弹塑本构模型的正确性和合理性。     

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.     

新书简介

《深厚表土中煤矿立井破裂工程地质研究》 ,作者李文平 ,2 0 0 0年 11月中国矿业大学出版社出版 ,全书 2 2万字 ,共分八章。主要分析兖滕—徐淮矿区区域地质背景的基础上 ,对研究区深厚表土层基本工程地质性质进行了系统的对比分析。从吸附结合水含量及其性质方面 ,论述了深部土体失水变形的机理与浅部已有认识的不同。通过恒截荷载降水压模拟试验 ,研究了兖滕—徐淮矿区厚松散土层底部砂砾石高承压含水层水头下降压缩变形过程的特点 ,并预计了研究区主要井筒附近底含水头下降导致地面沉降量的大小。在试验测得大埋深土与井壁接触面相互作用…     

大平矿副井井筒破坏机理研究

对大平矿副井井筒及马头门的变形破坏状况进行了描述，并对其破坏机理进行了分析研究，为井筒翻修提供了理论依据。     

人工冻土钻眼爆破法

冻结法是通过厚表土井筒施工的有效方法“冻实”和强化冻结是深厚粘土层冻结值得推荐的方案。实践证明，钻眼爆破法能够加快掘进速度，在保证冻结管安全条件下提高钻眼爆破效率，必须合理选择钻眼设备，优化冻土爆破参数，实现全断面一次爆破。     

鲍店煤矿主副井筒破裂原因及防治对策

鲍店煤矿主副井筒变形破裂,严重威胁矿井安全,经济损失巨大。通过观察分析,认为变形破裂乃第四系水位下降引起的地面沉降所致,并据此提出了防治对策。      

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      

改进的西原模型及其在ADINA程序中的实现

通过对现有流变模型的分析及大量的冻土单轴蠕变试验表明：可以用非线性牛顿体替代线性牛顿体对西原模型进行改进。利用Mises屈服准则推导出用于数值计算的黏弹塑性材料柔度矩阵,并成功地添加到了ADINA有限元程序中。通过对淮南某深表土冻结井筒开挖过程的数值模拟和现场实测数据对比表明：改进的西原模型用于深井冻结壁的有限元计算分析是可行的。     

石英尾砂对旱地表土磁性的影响及其环境意义

对安徽省凤阳县石英尾砂、受尾砂影响的表土、旱地表土和城镇表土进行了磁学测量,结果表明这4类样品的磁性特征明显不同。尽管这4类样品的磁化率均由磁铁矿主导,但旱地表土中可能含少量磁赤铁矿,石英尾砂、受尾砂影响的表土和城镇表土中可能含少量铁的氢氧化物（如纤铁矿）,受尾砂影响的表土中还含少量赤铁矿。城镇表土中磁铁矿的含量明显高于其他3类样品,受尾砂影响的表土中的磁铁矿含量介于石英尾砂和旱地表土之间。城镇表土中磁铁矿的粒径范围较宽,小于1 μm,石英尾砂中磁铁矿的粒径大于0.1 μm,旱地表土中磁铁矿的粒径小于0.1 μm,受尾砂影响的表土中磁铁矿的粒径介于旱地表土与石英尾砂的粒径之间。城镇表土的磁化率与频率磁化率呈负相关,旱地表土的磁化率与频率磁化率呈正相关,而受石英尾砂影响的表土的磁化率与频率磁化率没有明显的相关关系。在城市工业和交通等人类活动的影响下,城镇表土的磁性较旱地表土增强。而在石英砂生产这一人类活动的影响下,受尾砂影响的表土的磁性较旱地表土减弱,这是由石英尾砂中磁性矿物的含量较旱地表土4的少所致。     

侧向卸荷条件下冻结砂岩变形特性

新庄煤矿立井采用冻结法施工技术,在井筒开挖的过程中,由于侧向卸荷作用导致围岩产生卸荷变形。从新庄煤矿立井现场采集白垩系中粒砂岩,对加工后的岩样进行饱水处理,然后利用GCTS电液伺服控制高低温高压岩石三轴测试系统进行冻结（-10 ℃）条件下的恒轴压、卸围压三轴试验,模拟在井筒开挖过程中围岩的应力变化路径,探索冻结砂岩的变形特性。研究表明：侧向卸荷条件下冻结砂岩表现出弹-脆性特征,轴向表现为压缩变形,径向表现为膨胀变形,径向变形量约为轴向变形量的2倍;当卸荷速率一定时,岩样的卸荷变形随初始围压的增大而增大,尤其是径向变形最为显著,这可能与卸荷回弹变形及岩样内部聚集的能量大小有关;围压卸荷到同一应力水平时,高卸荷速率下岩样的卸荷变形量较小,而变形速率较大;卸荷作用导致岩样变形模量减小,横向应变与纵向应变之比增大,卸荷速率越小,初始围压越大,应变之比变化越大。     

对穿预应力锚索在煤矿井下地质病害治理中的应用

胡家河矿井副井马头门因处于软岩地层中,在副井井筒安装中发生了较大的变形破坏,经分析论证对比,确定采用注浆锚索加固,通过对穿预应力锚索与短锚杆相结合,以锚索为主的加固方法进行施工,使软岩破坏变形趋于稳定,治理效果良好。     

兖州矿区鲍店煤矿主副井破坏原因分析

本文认为兖州矿区鲍店煤矿主、副井井筒变形破坏的根本原因是第四系下组地下水加速下降导致地层沉降而产生垂向附加应力的结果。应采取的防治措施有：①完善地下水和地面沉降监测系统；②在第四系砂层与下伏基岩接触部位进行注浆，控制下组水位下降；③对主、副井井筒进行壁后注浆加增加强度，防止进一步破坏。     

基于连续损伤的水平井射孔-近井筒三维破裂模拟

射孔作为井筒与储层之间的液流通道,是水力压裂过程中的重要可控性参数。为研究水平井射孔-近井筒破裂机制,采用岩层变形-流体渗流方程描述应力状态变化,应用连续损伤破裂单元表征三维破裂位置与形态演化,并开发有限元求解程序模拟分析了射孔对水平井初始破裂压力、破裂位置及近井筒裂缝复杂性的调控作用。通过与解析模型及射孔压裂物理模型试验结果对比,验证了模型及有限元程序的有效性;水平井破裂压力数值分析结果与现场测试数据吻合较好。研究表明：射孔可调控水平井破裂压力与初始破裂位置,同时对近井筒区域裂缝扩展形态影响显著。通过优化射孔参数可以引导初始破裂向最优破裂面扩展、有效降低破裂压力,减小由于螺旋射孔空间排布引起的水平井近井筒裂缝迂曲与复杂程度,提高致密油气藏压裂改造效果。