弱胶结地层冻结立井施工稳定性分析与控制研究

论文摘要

根据上海庙煤矿立井胶结弱、强度低、吸水性强、易风化的特殊地层,设计了立井井筒的测试方案,并进行了有效的施工跟踪监测,基本掌握了这种特殊地层中冻结凿井井壁地压变化规律。在此基础上,采用热力耦合模型,引用FLAC3D三维数值分析软件,对被测试井筒的开挖和支护工艺进行了模拟,分析了井筒在冻结开挖期间的应力、位移变化规律;采用流固耦合模型对被测试井筒进行不冻结立井井筒开挖模拟,对地层的流体流动、测试点的应力、位移进行记录,并与冻结开挖产生的力学效应进行对比分析,研究冻结开挖对立井支护产生的效果。为了考察井筒应力、位移的时间效应,运用粘弹性力学理论,假设地层为层状粘弹介质,对井筒的典型地段（-300m）处的的位移及应力进行解析,推出了其中的应力和位移随着时间的变化规律,还与现场的压力、位移随时间的变化规律进行对比分析,并对井筒的长期稳定性进行了预测分析。在对立井井筒的压力、位移进行了现场测试数据分析、数值模拟分析和粘弹性理论计算分析基础上,对井筒整体的长期稳定状态进行了评价,提出本井筒结构设计的改进建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 立井井筒施工现状
• 1.2 立井井筒稳定性分析意义
• 1.3 研究内容与方法
• 2 新上海矿立井井筒温度及压力监测分析
• 2.1 工程概况
• 2.2 井筒开挖及监测方案
• 2.3 现场监测数据的处理及可靠性分析
• 3 立井井筒地压理论及数值模拟
• 3.1 立井井筒的地压计算
• 3.2 数值模拟耦合计算公式
• 3.3 冻结法施工立井数值模拟分析
• 4 立井井筒施工过程中压力及形变规律解析分析
• 4.1 立井井筒冻结法施工的弹性力学解法
• 4.2 立井井筒冻结法施工的流变力学解法
• 4.3 解析解与监测值对比分析
• 5 立井井筒破坏防治及结构计算调整
• 5.1 立井井筒非采动破坏的现有防治方法分析
• 5.2 立井井筒非采动破坏治理新方法
• 5.3 上海矿立井井筒结构计算调整
• 6 小结
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果
• 主要参考文献