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…     

岩体结构变形破坏的内在驱动力-不平衡力

岩体结构的变形破坏是一个渐近过程,常规的强度设计与极限分析均无法描述这一过程。在回顾总结岩体结构破坏控制、变形控制的基础上,提出岩体结构变形破坏控制最终要落实到开裂控制上来。总结了岩体结构开裂计算的特点和难点,阐明了用不平衡力描述岩体结构变形破坏过程的理论依据。分别从单轴压缩试验、边坡开挖卸荷、拱坝坝踵坝趾开裂等3个具体的数值案例论证不平衡力与开裂破坏的内在相关性。提出了蓄水导致不可逆的谷幅变形也是不平衡力作用结果:裂隙水压力使屈服面收缩、原先处于屈服或临界屈服状态的岩体应力状态超出屈服面,产生不平衡力和不可逆的塑性变形。指出了不平衡力本质是岩体结构非平衡态到平衡态的距离,岩体结构非平衡演化的总体趋势服从最小塑性余能原理,进一步指出了无法消除的不平衡力是岩体结构变形破坏的内在驱动力。不平衡力不仅可以作为岩体结构变形破坏的判据,还能给出相应的加固措施,具有重要的工程意义。     

竖井变形破坏机理与对策研究

在竖井变形破坏工程调查基础上，从徐淮地区地质背景和工程动力特性出发，论述了人类工程活动与地质环境相互作用的关系；提出了该地区竖井非采动变形破坏的区域性、滞后性和层控性三大特点。根据竖井破坏形态、时、空展布特征和动力学过程，并依据不同特征提出了徐淮地区竖井变形破坏“三因素综合破坏”观点，即地质体薄弱部位、负摩擦力和水平荷载的综合作用。还进行了竖井变形破坏动力学过程的物理模拟实验和三维线弹性、弹塑性数值模拟分析，对矿区初始地应力场和竖井与围土（岩）二次应力场，即地层失水沉降作用下，或水平地应力作用下，或失水沉降与水平地应力及重力共同作用下，研究土体浅部和深部变形时土岩与井壁的相互作用，揭示了徐淮地区竖井变形破坏的机理。另外，在系统科学理论指导下，结合徐州张小楼千米竖井工程实例，从六个方面开展了竖井变形破坏规律及对策研究，为防治竖井失稳提出了可靠的途径。     

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。     

黄河下游拟建堤防截渗墙的工程地质问题分析

根据黄河下游堤防区的工程地质勘察资料 ,分析和阐述了堤防区拟建截渗墙段的工程地质条件 ,针对堤基土渗透变形破坏、堤基土液化、不均匀沉陷、大堤隐患等主要工程地质问题进行了专门研究 ,并提出了有意义的处理措施 ,对黄河下游堤防工程的实施具有重要的实际意义。     

三峡库区藕塘滑坡变形失稳机制研究

三峡库区藕塘滑坡是巨型顺层基岩古滑坡,滑坡面积1.78km2,体积约9.0107m3,威胁3900余人的生命财产安全,涉及场镇整体搬迁,同时对长江航道形成潜在堵塞隐患,是近年来三峡库区重大滑坡灾害之一。基于大量的现场地质调查及工程地质勘探,详细介绍了滑坡地质地貌及地质结构特征; 充分利用现场监测数据,深入分析了滑坡变形特征; 在此基础上,从地质成因和环境成因两方面对滑坡变形失稳机制展开系统研究,并结合滑坡稳定性计算对其变形发展的趋势进行了预测。相关的结论主要包括:(1)该滑坡具有多级多期次滑动特征,主要表现为三级滑动,且空间形态具有视向倾斜滑动的特征; (2)特殊的地形地貌、地层岩性及地质构造等因素是滑坡长期孕育形成的地质内因; (3)库水位周期性波动及集中降雨是诱发滑坡复活变形的环境外因,研究表明该滑坡变形与库水位下降及集中降雨的相关性显著; 库水位下降导致坡体内外地下水落差形成指向坡外的渗透压力,促进滑坡体变形; 集中降雨则增加滑坡体自重和下滑力,并使得大量的水富集于易滑软层,软化滑带土,促使滑坡蠕动变形加速; (4)三级滑坡体与西侧变形区在极端工况下存在欠稳定状态可能性,推断现阶段滑坡以局部失稳破坏形式为主。鉴于此,建议进一步加强监测,采取相应的工程防治措施。     

Shaft failure characteristics and the control effects of backfill body compression ratio at ultra-contiguous coal seams mining

Solid backfill coal mining is a mainstream method in green coal mining, which has gradually become a key technology to control shaft deformation when recovering industrial square pillars during mining of ultra-contiguous coal seams. On the basis of the engineering background of Nantun Coal Mine, this paper combined physical simulation, numerical simulation, and theoretical analysis for studying shaft deformation, failure characteristics, and stress variation rules during the mining of ultra-contiguous coal seams. The results revealed that shaft deformation and failure were the results of the movement of strata caused by coal mining; in addition, the backfill body compression ratios in two adjacent coal seams were the key factors in shaft deformation control during the mining of ultra-contiguous coal seams. Moreover, the effects of the backfill body compression ratios on shaft deformation in ultra-contiguous coal seam mining were simulated by ABAQUS, and the optimal compression ratios of backfill body in two coal seams were determined. Finally, based on the probability-integral method, the vertical compressive deformation and the inclined deformation of shaft were estimated and the results showed that the shaft safety and stability at ultra-contiguous coal seam mining can be provided when the backfill body compression ratios of 3_upper and 3_lower coal seams were set at 85%.     

近铁路基坑通风井段变形特征及其机制分析

针对长春某地下车站深基坑工程,深入研究了基坑开挖过程中近铁路侧通风井段险情的发生过程及其致险机制。通过分析通风井附近桩身水平位移、桩顶水平位移、支撑轴力以及铁路道轨两侧路肩沉降差,探讨了通风井段基坑变形过大的原因;采用ABAQUS有限元软件对该基坑的施工过程进行数值模拟,分析了通风井段基坑施工险情的发生机制。研究结果表明,通风井段基坑变形过大是由岩土体过度应力释放和基坑变形空间效应共同作用导致。由于通风井处阳角的存在,且施工过程中通风井段基坑未架设斜撑,致使该处基坑变形的空间效应显著,坑壁产生指向通风井的扭转变形;开挖速度过快、支撑安装不及时和岩土体中过度应力释放导致围护桩变形过大,使基坑的稳定性变差。     

增湿条件下膨胀土隧道衬砌破坏数值分析

针对小河沟膨胀土隧道降雨增湿塌方现象,以围岩含水率分布变化引起膨胀应力场为主要研究内容,展开增湿对隧道支护结构的影响研究。首先,利用热传导热能量平衡方程与孔隙渗流连续方程数学描述相似性,推导出热传导膨胀模拟增湿膨胀的替代方程。然后,结合室内试验和文献资料,率定膨胀土膨胀力及渗流参数。最后,在正确考虑地质构造影响的基础上运用有限差分软件FLAC3D热-力耦合模块进行建模计算,分别对不同膨胀力模型的增湿过程进行仿真模拟,得出支护结构受力变形随含水率分布及膨胀力大小的变化规律。分析得到了对隧道支护结构造成不良影响的关键含水率和膨胀力值。研究成果可以有效指导膨胀性黄土隧道支护设计和变形控制。