软弱岩层对深部井筒稳定性的影响规律研究
发布时间：2021-10-08 07:04
随着我国煤炭资源开采逐步转向深部,立井井筒稳定性成为制约煤矿建设的关键问题之一。尤其当井筒穿过深厚的软弱岩层时,这一问题将会更加突出。因此,在深部立井井筒建造过程中,如何防止深厚软岩对井壁的破坏就成了一个亟待研究并解决的关键技术难题。本论文通过调研分析后认为:当井筒穿过软弱岩层时,软弱岩层的性质、赋存深度和厚度是影响井筒稳定性的关键因素。据此,论文通过建立井筒基础力学模型,选取围岩塑性区厚度、弹性模量和泊松比作为表征软弱岩层性质的指标,研究了软弱岩层的性质对井筒稳定性的影响。结果表明:在本模型中,软弱岩层弹性模量是影响井筒稳定性最重要的因素。利用FLAC3D软件建立井筒三维地质模型,选取井筒的变形矢量、变形、围岩塑性区分布和应力作为指标,分析软岩赋存深度和厚度对井筒稳定性的影响。研究表明:1)随着软岩赋存深度和厚度的增加,井筒变形值和范围都增大,给维护井筒稳定性带来了极大的困难;2)水平应力是影响井筒稳定性的主要因素,竖直应力加剧井筒的不稳定性,水平应变和围岩塑性区的破坏形式是判断井筒失稳最重要的指标;3)井筒的应力和变形存在反比例的关系,剪切应力对井筒稳定性的影...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
三维数值计算模型
方案 A-5图 3-3 软弱岩层赋存深度对井筒变形矢量的影响示意图 3-3 Influence schematic diagram of weak rock occurrence depth on shaft deformab井壁时，各点的位移矢量不明显，因此对变形矢量放大处理。 3-4 可知，由于软弱岩层承载能力较差，将较大的地压传递给了井较大的变形矢量，对井壁造成极大的危害；井筒最大变形矢量发生；竖直变形矢量仅占水平变形的 20%，但因井壁与围岩整体下沉，变很小，对井壁破坏较小；此外，井壁厚度的增加提高了井壁的承矢量减小，保证井筒的安全生产。
方案 A-7 方案 A-8图 3-4 井壁厚度对井筒变形矢量的影响示意图gure 3-4 Influence schematic diagram of shaft wall thickness on shaft deformable ve软弱岩层赋存深度对井筒水平变形量的影响（a）无井壁时水平变形取值位置 （b）有井壁时水平变形取值位置图 3-5 井筒水平变形取值位置示意图igure 3-5 The schematic diagram of the value position of shaft horizontal deformati5坚硬岩层坚硬岩层软弱岩层井筒5 5 10测点 测点测点测点测点26中轴线坚坚硬软井筒测点测点测点5 5032内井壁外井壁6中轴线
【参考文献】：
期刊论文
[1]深厚冲积层井筒修复内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁研究及应用[J]. 姚直书,程桦,居宪博. 煤炭学报. 2017(09)
[2]厚砂土层斜井井壁应力分布规律三维光弹性模型试验[J]. 周檀君,周国庆,廖波,张海洋,赖泽金,陶祥令. 煤炭学报. 2017(08)
[3]开展基于人工智能的煤炭精准开采研究,为深地开发提供科技支撑[J]. 袁亮. 科技导报. 2017(14)
[4]隧道软弱围岩挤压大变形非线性流变力学特征及其锚固机制研究[J]. 孙钧,潘晓明,王勇. 隧道建设. 2015(10)
[5]超深冻结立井井壁结构设计[J]. 王建涛,张建平. 煤炭工程. 2015(07)
[6]圆形巷道围岩偏应力场及塑性区分布规律研究[J]. 马念杰,李季,赵志强. 中国矿业大学学报. 2015(02)
[7]深部开采的定量界定与分析[J]. 谢和平,高峰,鞠杨,高明忠,张茹,高亚楠,刘建峰,谢凌志. 煤炭学报. 2015(01)
[8]破碎带软岩流变力学试验与参数辨识研究[J]. 张玉,徐卫亚,王伟,邵建富,顾锦健. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[9]白垩系地层深井冻结壁温度场分布规律[J]. 周盛全,陈海明. 冰川冻土. 2013(05)
[10]基于与围岩相互作用的冻结壁塑性设计理论[J]. 杨维好,杜子博,杨志江,柏东良. 岩土工程学报. 2013(10)
博士论文
[1]赵庄矿大断面煤巷层状顶板变形失稳机理及控制技术[D]. 李永亮.中国矿业大学(北京) 2017
[2]白垩系地层冻结井筒岩石物理力学特性及温度场研究[D]. 李博融.西安科技大学 2016
[3]深立井不稳定软岩段井壁破裂机理与防治技术研究[D]. 张建俊.辽宁工程技术大学 2014
[4]白垩系含水软岩地层冻结与强制解冻规律研究[D]. 郑铁骑.中国矿业大学（北京） 2013
[5]富水岩层中新型单层冻结井壁关键施工技术与工艺研究[D]. 张驰.中国矿业大学 2012
[6]富水基岩单层冻结井壁受力规律及设计理论研究[D]. 韩涛.中国矿业大学 2011
[7]深厚富水软岩井筒冻结壁力学特性及应用研究[D]. 奚家米.西安科技大学 2011
[8]深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D]. 李伟.山东科技大学 2010
[9]有压隧洞结构稳定性力学模型研究[D]. 王明斌.山东大学 2009
[10]深井综放面沿空掘巷窄煤柱破坏规律及其控制机理研究[D]. 温克珩.西安科技大学 2009
硕士论文
[1]冻结井筒内层钢板高强钢纤维混凝土井壁研究[D]. 张迎威.安徽理工大学 2017
[2]矿山深立井软岩段井壁破裂治理研究[D]. 韩云瑞.辽宁工程技术大学 2015
[3]考虑损伤及应变软化特性的巷道围岩变形破坏机理研究[D]. 李正立.中国矿业大学 2014
[4]深井施工围岩稳定性研究[D]. 吴迪.东北大学 2011
[5]鄂尔多斯高家梁煤矿软岩巷道变形机制和支护方法研究[D]. 魏光远.北京工业大学 2008
[6]大内径调压井结构及洞室围岩稳定三维有限元分析[D]. 江启升.四川大学 2004
本文编号：3423660
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
三维数值计算模型
方案 A-5图 3-3 软弱岩层赋存深度对井筒变形矢量的影响示意图 3-3 Influence schematic diagram of weak rock occurrence depth on shaft deformab井壁时，各点的位移矢量不明显，因此对变形矢量放大处理。 3-4 可知，由于软弱岩层承载能力较差，将较大的地压传递给了井较大的变形矢量，对井壁造成极大的危害；井筒最大变形矢量发生；竖直变形矢量仅占水平变形的 20%，但因井壁与围岩整体下沉，变很小，对井壁破坏较小；此外，井壁厚度的增加提高了井壁的承矢量减小，保证井筒的安全生产。
方案 A-7 方案 A-8图 3-4 井壁厚度对井筒变形矢量的影响示意图gure 3-4 Influence schematic diagram of shaft wall thickness on shaft deformable ve软弱岩层赋存深度对井筒水平变形量的影响（a）无井壁时水平变形取值位置 （b）有井壁时水平变形取值位置图 3-5 井筒水平变形取值位置示意图igure 3-5 The schematic diagram of the value position of shaft horizontal deformati5坚硬岩层坚硬岩层软弱岩层井筒5 5 10测点 测点测点测点测点26中轴线坚坚硬软井筒测点测点测点5 5032内井壁外井壁6中轴线
【参考文献】：
期刊论文
[1]深厚冲积层井筒修复内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁研究及应用[J]. 姚直书,程桦,居宪博. 煤炭学报. 2017(09)
[2]厚砂土层斜井井壁应力分布规律三维光弹性模型试验[J]. 周檀君,周国庆,廖波,张海洋,赖泽金,陶祥令. 煤炭学报. 2017(08)
[3]开展基于人工智能的煤炭精准开采研究,为深地开发提供科技支撑[J]. 袁亮. 科技导报. 2017(14)
[4]隧道软弱围岩挤压大变形非线性流变力学特征及其锚固机制研究[J]. 孙钧,潘晓明,王勇. 隧道建设. 2015(10)
[5]超深冻结立井井壁结构设计[J]. 王建涛,张建平. 煤炭工程. 2015(07)
[6]圆形巷道围岩偏应力场及塑性区分布规律研究[J]. 马念杰,李季,赵志强. 中国矿业大学学报. 2015(02)
[7]深部开采的定量界定与分析[J]. 谢和平,高峰,鞠杨,高明忠,张茹,高亚楠,刘建峰,谢凌志. 煤炭学报. 2015(01)
[8]破碎带软岩流变力学试验与参数辨识研究[J]. 张玉,徐卫亚,王伟,邵建富,顾锦健. 岩石力学与工程学报. 2014(S2)
[9]白垩系地层深井冻结壁温度场分布规律[J]. 周盛全,陈海明. 冰川冻土. 2013(05)
[10]基于与围岩相互作用的冻结壁塑性设计理论[J]. 杨维好,杜子博,杨志江,柏东良. 岩土工程学报. 2013(10)
博士论文
[1]赵庄矿大断面煤巷层状顶板变形失稳机理及控制技术[D]. 李永亮.中国矿业大学(北京) 2017
[2]白垩系地层冻结井筒岩石物理力学特性及温度场研究[D]. 李博融.西安科技大学 2016
[3]深立井不稳定软岩段井壁破裂机理与防治技术研究[D]. 张建俊.辽宁工程技术大学 2014
[4]白垩系含水软岩地层冻结与强制解冻规律研究[D]. 郑铁骑.中国矿业大学（北京） 2013
[5]富水岩层中新型单层冻结井壁关键施工技术与工艺研究[D]. 张驰.中国矿业大学 2012
[6]富水基岩单层冻结井壁受力规律及设计理论研究[D]. 韩涛.中国矿业大学 2011
[7]深厚富水软岩井筒冻结壁力学特性及应用研究[D]. 奚家米.西安科技大学 2011
[8]深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D]. 李伟.山东科技大学 2010
[9]有压隧洞结构稳定性力学模型研究[D]. 王明斌.山东大学 2009
[10]深井综放面沿空掘巷窄煤柱破坏规律及其控制机理研究[D]. 温克珩.西安科技大学 2009
硕士论文
[1]冻结井筒内层钢板高强钢纤维混凝土井壁研究[D]. 张迎威.安徽理工大学 2017
[2]矿山深立井软岩段井壁破裂治理研究[D]. 韩云瑞.辽宁工程技术大学 2015
[3]考虑损伤及应变软化特性的巷道围岩变形破坏机理研究[D]. 李正立.中国矿业大学 2014
[4]深井施工围岩稳定性研究[D]. 吴迪.东北大学 2011
[5]鄂尔多斯高家梁煤矿软岩巷道变形机制和支护方法研究[D]. 魏光远.北京工业大学 2008
[6]大内径调压井结构及洞室围岩稳定三维有限元分析[D]. 江启升.四川大学 2004
本文编号：3423660
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