摘要：煤矿立井井壁的破裂一直是一个未能很好解决的重大课题,主要原因是井壁设计时未充分考虑温度应力的影响,致使井壁的强度不能满足正常使用的要求。为此,分析了立井井壁温度应力的形成及其对井壁破裂的重要作用。从物理学中的热胀性原理及热传递理论入手,全面考虑了固体力学中的热弹性理论、材料力学中的静不定问题的求解方法以及土与弹性固体之间的相互作用原理,着重研究了作用于井筒外壁上的摩擦力分布规律,推出了求解温度应力的解析公式,并通过具体算例分析了立井井壁危险层面处的各应力成分。分析结果表明,危险层面上的竖向温度应力高达80%,环向温度应力高达70%,因而得出了“温度应力才是导致立井井壁破裂的最主要因素”的重要结论。所得结果不仅可用于煤矿立井井壁的设计,而且还可用于立井井壁破裂原因的分析及相应事故的鉴定。

摘要：针对我国西部地区白垩–侏罗纪含水基岩段立井井筒设计外荷载取值问题,基于广义有效应力原理与渗流理论,构建围岩与井壁共同作用下的井壁外荷载分析模型,得出井壁外荷载解析解,提出贴壁式和离壁式井壁受力条件,探讨井壁外荷载形成机制。最后,结合西部深埋含水煤系地层特性,讨论井壁外荷载、水压折减系数等取值区间。研究结果表明:(1)井壁外侧水压折减系数β和围岩与井壁渗透率比值/r cK K密切相关,且成正比关系,多数情况下β为0.5～0.9;(2)贴壁状态下,井壁外荷载折减系数ω的变化范围为0.496～0.963;离壁状态下,ω的取值范围为0.5～1.0;(3)单层井壁仅适用于弱富水性白垩—侏罗纪深埋煤系地层,对于富水性较好的地层,宜采用双层钢筋混凝土井壁结构。

摘要：现行的立井壁厚设计法建立在弹性分析基础上。文章研究了混凝土和钢筋混凝土井壁的弹塑性设计方法,得出混凝土井壁弹塑性厚度计算方程和显式计算式。对钢筋混凝土井壁应用荷载分解法,在得出仅由井壁中混凝土体承载的荷载分量pi后,对其作弹塑性分析,得出有关计算方程和计算式。文中还给出全塑性混凝土和钢筋混凝土井壁壁厚计算式。并通过算例说明:与传统的弹性法计算相比,使用弹塑性计算方法得出的壁厚可减薄25%以上。

摘要：目前我国立井井筒频繁发生非采动破坏,在修复后一段时间又发生重复破坏,给我国煤炭行业带来了巨大的损失。而竖直附加力被认为是造成该种情况的主要原因。针对这种情况,以实际井筒为例,利用ANSYS有限元软件为研究平台,建立了钢筋混凝土双层井壁三维整体式有限元模型。深入研究了随着竖直附加力的变化,井壁破坏时的应力应变情况,塑性区的位置、破裂形态,破裂时间等一系列问题。同时建立了一套对井壁破坏进行预测的数值方法,并结合工程实例进行验证,结果与实际情况非常吻合。在实际工程中,这种有限元预测方法可以广泛的应用到我国各个地区的煤炭企业中,为煤炭行业的发展提供一种有益的保障。

摘要：立井井壁的受力大小无论对生产矿井还是新建井筒而言均十分重要,投产运营后若井壁受力过大将导致井筒发生破裂,新建井筒井壁厚度的设计又直接依据其外荷载大小而定。因此,从理论上来讲,自井筒建设之初即埋设传感器于井壁混凝土内部,并对其受力变形发展进行长期观测是确保井壁安全的重要举措之一。然而,因对井壁外荷载的认知不足,缺乏对井壁受力监测的相关研究。20世纪80年代以来,我国出现了上百个立井井筒的压剪破坏。相关理论研究、室内试验以及现场长期监测结果均揭示出竖直附加力是导致井壁发生破裂的主要原因。

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,井壁外侧水压折减系数β和围岩与井壁渗透率比值K_(r)/K_(c)密切相关,且成正比关系;K_(r)/K_(c)=10~100范围,在贴壁状态下,β计算值在0.422~0.879范围,β常见值在0.5~0.9范围;离壁状态下,β的极限值为1.0。贴壁状态下,井壁外荷载折减系数ω取值范围为0.496~0.963,ω常见值为0.5~0.9;离壁状态下,ω取值范围为0.520~1.0,常见值为0.5~1.0。在单层井壁外荷载解析与分析的基础上,建立了双层井壁外荷载解析模型,给出了贴壁式和离壁式井壁受力条件,获得了双层井壁外荷载的解析解,并在解析解的基础上通过影响因素分析,探讨了双层井壁外荷载形成机制。分析结果表明:当内壁渗透率与混凝土材料的渗透率一致时,内壁水压折减系数取值常见范围为0.233~0.6138;当外壁与围岩密贴状态时,其内壁外荷载折减系数取值范围为0.46~0.79;双层井壁内壁外水压和外荷载的常见取值均小于单层井壁。

摘要：淮北矿业集团袁店二井煤矿主井井筒直径5．0m，设计井深598．5m。井深301m以上采用钻井法施工，成井标高＋30．5m．主井井壁为预制钢筋混凝土．井深195．3-301m井壁厚度为0．5m。井深296m以下基岩段进行了地面预注浆．301m以下基岩段采用普通法施工。

摘要：介绍了深度为1 341.6m的磁西一号矿井副井主要技术参数、井壁设计思路和井壁结构设计情况。该井筒目前已施工完毕,施工过程顺利。

摘要：随着西部地区立井井筒建设需求的日益增多,基于西部地层特性的立井井壁设计理论与方法是保证井筒工程经济性和安全性的重要前提。通过研究西部井筒地质特性与围岩特性,获得了基于“弹-黏-脆-塑性”蠕变围岩卸载解析解的数值计算方法,并得到了围岩应力-应变空间分布与时间演化规律。考虑复合井壁结构特征,提出了井壁-围岩共同承载理论和井壁设计原则,获得了不同井筒工程特征、围岩特征、井壁特征等因素对相互作用的井壁受力影响规律,为西部立井井壁优化设计提供了理论基础。

摘要：首先采用弹性理论对立井井壁进行了分析,建立了井壁破坏的理论模型,进而采用通用有限元软件ANSYS,建立了立井井壁的大型三维分离式有限元数值模型。运用这两种模型详细研究了多种荷载耦合作用对立井井壁的影响,多种荷载包括:随深度变化的土压力、随时间变化的疏水附加力以及井壁自身重量。确定了立井井壁在这三种荷载综合作用下的应力、应变集中区,论证了井壁破坏理论中疏水附加力理论的正确性,对井壁设计理论以及加固区域的确定提供了一定的理论指导。本文有限元模型的建立方法以及得到的结论,在一定程度上丰富了立井井壁理论的内容,增加了立井井壁理论研究的方法,促进了井壁附加应力说的发展。