西部含水基岩段冻结立井井壁外荷载形成机制研究  

Study on formation mechanism of external load of frozen shaft in water-bearing bedrock section in western China

作　　者：林键[1,2,3] LIN Jian(State Key Laboratory of Mining Response and Disaster Prevention and Control in Deep Coal Mines,Anhui University of Science and Technology,Huainan,Anhui 232001,China;Anhui Province Key Laboratory of Building Structure and Underground Engineering,Anhui Jianzhu University,Hefei,Anhui 230601,China;School of Civil Engineering,Anhui Jianzhu University,Hefei,Anhui 230601,China)

机构地区：[1]安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽淮南232001 [2]安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室,安徽合肥230601 [3]安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥230601

出　　处：《岩石力学与工程学报》2022年第6期1296-1296,共1页Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51474004);安徽省重点研究与开发计划项目(202104a07020019)。

摘　　要：21世纪以来,我国西部地区新建煤矿开采深度不断加大,且多数穿越白垩–侏罗纪深煤系地层。由于该地层多为砂岩、砾岩、砂质泥岩,具有泥质胶结、遇水砂化泥化、可注性差的特点,其含水基岩段立井井筒多采用冻结法施工。鉴于我国对该地区基岩冻结缺乏深入研究,冻结井筒设计仍参考东部地区选取井壁设计外荷载,造成井壁结构形式选取不合理,井壁厚度设计非厚即薄,安全性与经济性矛盾突出。因此,开展西部地区含水基岩段冻结立井外荷载形成机制研究,对科学设计该地区冻结井井壁,实现安全与经济的协调统一,具有重要的理论意义和应用价值。采用西部地区侏罗系直罗组含水层的中–粗砂岩岩样,通过XRD、NMR、SEM、岩石的铸体薄片测试与观察,分析了其矿物成分和微观孔隙结构;使用MTS 816型电液伺服岩石力学试验系统,开展了单轴和三轴压缩试验,获得了其力学特性,并基于三轴压缩试验结果,揭示了弱胶结砂岩变形机制;深入分析了白垩–侏罗系地层水文与工程地质特征,给出了其渗透率、弹性模量和泊松比等参数取值范围。深入分析了含水基岩冻结壁融化前后期间,冻结井内外层井壁受荷特征,基于共同作用原理,建立了井壁外荷载演化模型,得到了冻结立井施工过程中井壁与围岩应力以及井壁外荷载演化理论解,并据此计算分析了含水基岩冻结井外荷载形成过程;建立渗流–应力耦合模型,数值模拟了冻结立井施工过程中井壁与围岩应力以及井壁外荷载演化过程,并得到模型试验的验证。基于广义有效应力原理与渗流理论,构建了围岩与井壁共同作用下的单层井壁外荷载分析模型,给出了井壁外荷载解析解,通过与经典解和工程实测对比,验证了其正确性;结合西北地区富水围岩特性,讨论了实际工程中井壁外荷载的取值范围。研究表明,密贴状态下,�

关 键 词：采矿工程 西部煤矿 含水深基岩 立井井壁 外荷载 有效应力 稳态渗流 

分 类 号：TD32[矿业工程—矿井建设]