立井井壁破裂前后应变演化分析

 摘 要：通过对埋深在井壁内的传感元件对井壁应变状态进行长期监测,获取大量井壁应变演化数据,对井壁破裂前-破裂中-破裂后的不同层位、不同方位应变演化过程进行了分析,探讨了井壁破裂前后的应变演化规律,指出井壁濒临破裂时,应变累积速率加快;井壁破裂过程中由于应力的重分布使得应变出现一定程度的释放;破裂后井壁应变逐渐累积;不同层位、方位传感器实测应变释放量与井壁破裂程度及距破裂点的距离有关。该研究成果对于预测评估井壁安全状况具有重要的指导意义。     

多次破裂立井井壁竖直附加力实测及演化特征分析

对历经多次破裂治理的华东地区张双楼矿新增的两层传感器的竖直应变进行了监测,分析了立井井壁多次破裂段竖向应变的演化规律,将其历时变化情况与相关文献数据进行对比分析,发现多次破裂段应变波动年均值比一般井壁应变波动大;指出井壁多次破裂治理段只有附加力累积特征,几乎没有季节温度应力的波动特征;发现老副井累积的大量的附加应变主导的竖向应变,与厚表土层的不断疏水沉降密切相关,且发现矿井附近地面应变值比井壁总体应变值小。     

利用井壁附加应变监测井壁安全

在分析井壁破裂机理的基础上,探讨了利用附加应变预测井壁安全状况的可行性。结合某矿井具体工程实例,说明在附加应变发生显著变化时,井壁有破裂的危险;适时采取地层注浆等有效的治理措施,可遏制井壁破裂的进一步发展,防止井壁破裂。     

利用井壁附加应变监测井壁安全

在分析井壁破裂机理的基础上,探讨了利用附加应变预测井壁安全状况的可行性.结合某矿井具体工程实例,说明在附加应变发生显著变化时,井壁有破裂的危险;适时采取地层注浆等有效的治理措施,可遏制井壁破裂的进一步发展,防止井壁破裂.     

控制注浆治理井筒破裂过程中井壁应变响应实测研究

以张双楼煤矿主井控制注浆治理井壁破裂工程为例,阐述了井壁破坏以及采用地面控制注浆方法治理井壁破裂的机理。利用差动电阻式井壁应变监测系统(FWC2011),对注浆前期以及在注浆过程中井壁的应变进行实时监测,获得了井壁附加应变在注浆作用下的非线性响应规律。研究结果对于研究特厚表土层井壁破裂后治理以及防止再破裂的力学行为与机理奠定了基础。     

钢筋混凝土井壁与深厚围岩（土）耦合机理的研究

在钢筋混凝土井壁结构破裂的弹塑性理论基础上,利用大型通用结构分析软件ANSYS进行了深厚表土中井壁结构的弹塑性数值模拟计算,得到井壁破裂的过程、井壁内部应力应变的动态变化规律,探讨了井壁结构与深厚围岩（土）耦合作用机理,为深厚表土层中井壁破裂的防治提供了理论依据。     

基于实测结果的立井井壁破裂及治理时间分析

为了确定注浆法治理井壁破裂的时间,以某矿副井历年来的井壁受力监测数据为依据,分析了井壁破裂治理前后竖向附加应变的变化规律.结果表明,靠近破坏区上方井壁的应变增量可以作为判别是否需要进行井壁破裂治理的依据;井壁破坏后稳定期内的应变值可以作为井壁二次破坏的预警值;应把井壁发生破坏后的稳定期作为首轮注浆治理时间;首轮注浆结束后,井壁应变积累至破坏后稳定期的应变水平的时间作为第二轮注浆治理时间.分析可知,合理地确定注浆治理时间,可以更大程度地缓释井壁的附加应变,延长井筒的服务年限.     

厚表土斜井冻结凿井期井壁混凝土应变实测研究

为了研究斜井冻结法凿井过程中井壁结构的安全性,对哈密大南湖十号煤矿主斜井进行了现场实测,获得了主斜井冻结段井壁混凝土应变和钢筋应力的变化规律。结合混凝土极限拉压应变,分析了井壁结构的安全性,并对斜井冻结施工提出优化建议。研究表明:井壁浇筑后,混凝土应变变化可分为4个阶段,即紊乱期、应变加速增长期、应变缓慢增长期及应变稳定期,井壁真实应变应从紊乱期后开始计算;斜井井壁设计主要受拉应变控制;在大南湖十号煤矿主斜井施工中,井壁底板环向拉应变最大达1 280με,远大于混凝土设计极限拉应变,井壁圆弧段局部位置环向拉应变超过200με,井壁处于破裂危险状态。     

基于FLAC3D的井筒卸压槽稳定性数值分析

卸压槽法是井壁破裂防治的一种有效手段,在目前的深层井筒巷道工程中取得了广泛地使用和良好的治理效果。为研究卸压槽在井壁受力情况下的应变,依托某煤矿卸压槽治理监测数据,用FLAC~(3D)对井筒受力时卸压槽的变形进行了数值分析,发现卸压槽在正常工作时能够对井壁的应力进行有效释放,并且随着地下水头的下降,可以建立合适的模型模拟出卸压槽的变形量,对比监测数据发现与现场情况基本相同,对预测卸压槽在采矿后期的变形特征提供了参考。     

立井井筒预防性治理过程井壁应变规律分析及经验

井壁破裂问题一直比较棘手,深厚表土层中预防性治理井壁破裂的工程经验并不多见,本文以某煤矿主井为例分析了深厚表土层立井井壁地面注浆加固过程中井壁的受力特点,得出了表土段地面注浆加固治理过程中井壁的应变观测结论即加固治理抑制了井壁竖向附加力的增长,总结了深厚表土层井壁地面注浆加固治理工程的经验,为以后类似工程提供借鉴。     

磁西副立井超千米单层井壁受力变形实测与分析

分析了我国矿山井筒井壁实测的现状和发展。采用振弦式混凝土应变计和钢筋计、有线远程传输、可存储数字采集仪,实施了井壁受力变形传感器埋设和监测,测试深度达到了垂深1 208 m。根据实测数据,对井壁混凝土应变分别进行了内缘与外缘、竖向与环向的对比,钢筋受力应变和混凝土应变之间的对比分析,并通过包神公式进行理论值和实测值的对比分析。对比研究说明了实测结果的正确性、合理性。结果表明,短掘短期单层井壁的内缘环向应力大于竖向和径向应力,符合包神井壁设计公式推导的理论基础,井壁实测期间全过程中出现最大观测值的时间是混凝土井壁砌筑后5~6个月,最大环向应变约为-1 093×10-6,总体平均内缘环向应变为-682×10-6。井壁混凝土环向应变的不均匀系数为2.15,钢筋受力的不均匀系数为1.36。实测结果表明,C60等级,900 mm厚的钢筋混凝土井壁是安全的,可为千米竖井井壁设计提供参考。     

立井井筒表土层注浆加固过程的控制方法及应用

在分析表土层注浆加固治理井壁破裂原理的基础上，阐述了注浆加固过程控制的必要性，提出了根据实测井壁附加应变的变化规律来控制注浆加固过程的方法.依据具体的工程条件，研究了注浆加固过程控制的监测系统、控制内容和实施方法.研究和实施的结果表明，注浆加固过程的有效控制，可使井壁的既有应变得到明显的缓释，可改善井壁的受力状态，保证注浆期间井壁的安全，确保矿井的安全生产.     

附加力和温度共同作用下井壁附加应变变化规律

以华东地区姚桥煤矿老矿主井井壁安全监测系统的实测资料为基础,通过对实测附加应变、井壁温度及地表沉降结果进行综合对比分析,结合井壁受力特点,得出井壁附加应变变化规律.井壁附加应变受竖直附加力和温度共同作用,在数值上表现出正弦波动并逐渐积累的态势,具有明显的周期性和可预见性.     

深厚冻结基岩中新型单层井壁的施工技术与混凝土应变实测

以呼吉尔特矿区葫芦素副立井为工程实例,详细阐述了国内首个基岩冻结新型单层井壁的施工工艺和混凝土应变实测方法,对施工过程中的技术难点进行了分析,给出了井壁混凝土的质量控制指标。现场实测表明：新型单层井壁混凝土应变是冻结压力、井壁温度共同作用的结果,其变化规律可分为OA , AB, BC, CD 等4个阶段;混凝土浇筑完毕后的99.6~149.5 d,混凝土竖向、环向压微应变极值分别达到－190.5～－458.0和－590.4～－799.1;混凝土环向压微应变极值为竖向的1.3~4.2倍,且最大不超过混凝土极限压微应变估算值 ε max 的25.7%;凿井期葫芦素副立井单层井壁处于安全状态     

围岩对竖井井壁承载能力影响的对比研究

为解决我国西部地区在深埋含水基岩条件下建设大型井筒进行井壁设计的难题,研究和推导了基于围岩、井壁、水相互作用的井筒稳态模型试验准则关系;以1号,7号,10号模型试验为重点,介绍了高水压作用下无围岩条件的井壁和9组带不同厚度和剪切模量的围岩的井壁的模型试验过程;通过无围岩的有限段高井壁试验与厚壁圆筒平面应变问题的解析解进行了对比分析,得出该试验系统对于检验以平面应变为特征的井筒井壁承载能力试验的合理性和适用性。针对梅林庙煤矿地层条件,从同等破坏、相等壁厚度条件和整体数据统计等3个方面,研究了围岩对井壁承载能力的贡献。上述研究有助于理解在高水压下井壁、围岩和水的相互作用机理,对高水压基岩段井壁设计提供定性和定量参考。     

西北冻结立井砼井壁爆破损伤模型

为研究我国西北地区冻结立井岩石钻爆法施工时,大药量爆破对附近新浇混凝土井壁的损伤情况,根据相似理论制作了15∶1的圆柱形冻结立井模型,在爆破塔内开展了爆破模型试验研究。沿立井轴线方向,在混凝土井壁内侧面上粘贴环向和轴向共4组应变片,测定井壁在微差爆破作用下的变形情况,并根据广义胡克定律近似计算出各点应力。同时采用超声波测试方法测定井壁损伤。结果表明：井壁内侧面各点的应力应变时程曲线与爆破方案密切相关,应力应变峰值与各微段炸药量相对应。得出应力峰值与爆距、药量和岩体介质之间的拟合关系,以爆破前后的波速变化衡量井壁损伤,据此估计多次爆破对井壁累积损伤情况。     

冻结壁融化期间井壁受力变形分析与壁间注浆机理

针对深厚冲积层冻结井筒早期壁间注浆封水效果不好的难题,通过实测数据分析和理论计算对深厚冲积层冻结井筒的冻结壁融化特性、井壁受力变形和壁间注浆机理进行了研究。通过对现场测温孔实测数据分析,得到了不同土层的融冻时间比;通过理论计算表明,在冻结壁完全融化后,外壁的外表面承受着水土压力、内表面作用有壁间水压,在此情况下,外壁内表面径向变形比单独冻结压力作用下的外壁变形要小的多,总体表现为向外反弹;而内壁在壁间水压作用下向内位移,由于内、外壁变形位移方向相反,壁间空隙形成,从而为注浆浆液扩散提供了通道。提出壁间注浆的最佳时机应在冻结壁完全融化、在压力水作用下壁间间隙已经形成、内壁还没有出水前。并给出了具体的壁间水压监测系统,实行了壁间注浆信息化。