深立井不穩(wěn)定軟巖段井壁破裂機理與防治技術(shù)研究.pdf

1、資源開采進入深部以后，深立井開拓迅速發(fā)展，全國范圍內(nèi)涌現(xiàn)了大量的千米立井。進入深部以后，立井掘進面臨圍巖自穩(wěn)能力差、變形大、遇水易膨脹軟化等支護技術(shù)難題。有關(guān)表土層立井的相關(guān)理論已不再適用于深部立井開拓，而軟巖巷道因與立井延伸方向的不同，其支護技術(shù)經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)對于深立井施工也不盡合理。為此，以鳥山煤礦為研究對象，調(diào)研分析立井深部井壁結(jié)構(gòu)破裂表征，總結(jié)導(dǎo)致井壁破裂的影響因素。通過現(xiàn)場監(jiān)測、室內(nèi)試驗與測試、理論分析和數(shù)值計算等手段，研究不

2、均勻側(cè)壓、圍巖遇水、季節(jié)性溫變對井壁內(nèi)力分布，以及自身結(jié)構(gòu)強度對井壁整體承載能力的影響。并以均布荷載作用下井壁的受力狀態(tài)為基準，確定了各外界因素對并壁結(jié)構(gòu)受力影響的權(quán)重。以此為指導(dǎo)，從加固圍巖和均化井壁受力兩方面出發(fā)，提出了深立井軟巖段井壁結(jié)構(gòu)破裂防治措施。研究主要取得以下研究成果:
　　(1)通過對鳥山煤礦副井不同深度壁后圍巖和井壁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的跟蹤調(diào)查，根據(jù)破裂程度和表征的不同，將鳥山煤礦副井井壁結(jié)構(gòu)的破損現(xiàn)象，劃分為500m

3、～700m、700m～850m和850m～1000m三個臨界深度;
　　(2)利用壁后圍巖含水量測試結(jié)果，建立了壁后圍巖遇水后濕度變化函數(shù)，依據(jù)變形協(xié)調(diào)條件推導(dǎo)獲得了圍巖遇水膨脹作用于井壁的壓力，結(jié)果表明:該壓力值受壁后圍巖濕度變化量、線膨脹率、彈性模量和滲透性影響。
　　(3)井壁溫度應(yīng)力計算結(jié)果表明，季節(jié)性溫變和突水溫變引起的井壁溫度應(yīng)力較小，對井壁安全不造成危害;而超挖部分因水化熱最終引起的井壁邊緣環(huán)向壓應(yīng)力最大達1.

4、15MPa，內(nèi)部環(huán)向拉應(yīng)力最大達0.35MPa。
　　(4)結(jié)合壁后圍巖物理力學(xué)性質(zhì)的測試和井壁荷載的監(jiān)測，選用壁后側(cè)壓Pθ=PA[1-β/2（cos2θ-1）]進行計算，結(jié)果表明，不均勻側(cè)壓條件下，井壁內(nèi)緣環(huán)向應(yīng)力存在極值點，且極值點處井壁內(nèi)緣環(huán)向壓力差異很大，最小極值點處會出現(xiàn)拉應(yīng)力，對井壁結(jié)構(gòu)安全不利;
　　(5)荷載作用下的混凝土強度和物性參數(shù)測試表明:低加載率養(yǎng)護有利于混凝土的養(yǎng)護，可有效提高強度;高加載率會引起混

5、凝土內(nèi)部發(fā)生損傷;地下水水質(zhì)和井壁強度測試結(jié)果說明，施工質(zhì)量較差的井壁接茬處最易受到地下水侵蝕，其36個月的強度損失率約達到10％。
　　(6)不均勻側(cè)壓、圍巖遇水和溫度變化對井壁受力的影響的對比研究表明:三者對井壁受力的影響程度依次為:不均勻側(cè)壓、圍巖遇水、溫度變化;因此，建議從封水加固圍巖和均化井壁受力兩方面著手防治井壁破裂。
　　(7)提出了分部耦合的傘狀壁后注漿技術(shù)，實施壁后封水和圍巖加固后，能夠有效地消減壁后環(huán)狀積