1、煤矿立井井壁破裂机理小组成员：邢聪聪赵鹏付乐川刘昕昕焦柯刘远路明伟庭杜晨辉张进张宇航崔阳阳韩晨阳马辉丁一胡文斌吴江伟陈布雷汇报人：崔阳阳井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征井壁破坏机理防治及处理措施引言引言2何谓井筒？井筒井筒是矿井中联系地面和地下巷道的通道，是地面通往地下各条巷道的咽喉，可用来提升煤炭提升煤炭、上下人上下人员员、下放材料下放材料、设备设备和通通风排水风排水。根据矿井凿井方式的不同，井筒可分为立井立井、斜井斜井和平硐平硐，立井井筒立井井筒根据其用途又可分为主井主井、副井副井、混合井混合井和风井风井。井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征井壁破坏机理防治及处理措施引言引言3研究背景20世纪
2、80年代以来,我国一些地区的矿井出现井壁破裂现象,它们有的发生在井筒施工中,有的发生在矿井投产后,成为一种新的矿井地质灾害。井筒作为井工开采的煤矿的咽喉通道,在煤矿安全生产中起着举足轻重的作用。据初步统计,井壁破裂已造成数亿元的经济损失。引言研究方法与思路井壁破裂原因井壁破坏特征井壁破坏机理防治及处理措施井壁结构井壁结构4井壁结构锚喷井壁结构整体浇筑式井壁结构复合井壁结构装配式井壁结构砌筑井壁结构引言井壁结构关键技术与难点井壁破坏特征井壁破坏机理防治及处理措施井壁破裂原因井壁破裂原因5井壁破裂原因施工质量差导致的井壁破裂1235内部科学设计导致的井壁破裂负摩擦力导致的井壁破裂4地应力导致的井壁
3、破裂井壁竖向附加应力导致的井壁破裂引言井壁结构井壁破裂原因成果与应用井壁破坏机理防治及处理措施井壁破坏特征井壁破坏特征6井壁破坏特征井筒破坏主要分布于表土层厚度较大的矿井。井壁破坏部位集中出现在新生代沉积物同下伏煤系地层的交界处附近,其岩性主要为松散未胶结砂层、可塑性风化粘土岩和风化基岩、超风化深度的连续层位的膨胀性粘土(岩)等,井壁破坏多发生在上述岩层的中、上部,非全层破坏。引言井壁结构井壁破裂原因成果与应用井壁破坏机理防治及处理措施井壁破坏特征井壁破坏特征7井壁破坏特征发生在松散层和可塑性粘土层部位的井壁破坏一般出现于井筒建成较长时间后;具有膨胀性粘土(岩)部位的井壁破坏一般较早,多在施工
4、期间2个月至1年时间。破坏的井壁一般均有从地下排出大量地下水或对上部表土层进行疏干的历史,井筒破坏区新地层底部含水层水位普遍大幅度下降。破坏多发生于用冻结法施工、内外井壁紧密结合井壁结构的井筒。引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征相关建议防治及处理措施井壁破坏机理井壁破坏机理8代表性学说新构造运动说(地震说)井壁施工质量说渗流不均匀压力说井壁附加应力说冻胀说?引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征相关建议防治及处理措施井壁破坏机理井壁破坏机理9附加应力说井壁破坏主要是由于深部土层失水、土相对井壁产生下沉造成井壁内竖直附加应力所致。但含水层(底层含粘土质砂砾层)释水后,其上或其下的粘土层是否产生压
5、缩变形问题主要有2种观点。两种观点：两种观点：深部含水砂砾层释水后深部含水砂砾层释水后,其主压缩层为其主压缩层为粘土层粘土层,即即“砂砂层释水层释水,粘土层压缩粘土层压缩”,”,与上海等地抽汲地下水引起的与上海等地抽汲地下水引起的地面沉降机理相同。地面沉降机理相同。深部粘土层不压缩深部粘土层不压缩,产生压缩的是产生压缩的是含水砂砾层含水砂砾层本身。本身。引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征相关建议防治及处理措施井壁破坏机理井壁破坏机理10附加应力说此观点忽视了“砂层释水,粘土压缩”的前提条件是粘土层中也含有重力水,即假定粘土层与砂层有相同的初始水位底部水位的降低主要是由于其与下伏煤系地层有垂向
6、联系,尤其在采空造成煤层顶板出现导水裂隙及采动使断层活化情况下,与下伏含水层的互补关系更为明显。深部含水砂砾层释水后深部含水砂砾层释水后,其主压缩层为其主压缩层为粘土层粘土层,即即“砂层释水砂层释水,粘土层压缩粘土层压缩”引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征相关建议防治及处理措施井壁破坏机理井壁破坏机理11关于土与井壁相互作用表土层下沉过程中形成土层紧抱井筒的局面。由于井筒为刚性结构,很难产生压缩变形,从而造成土层与井壁纵向位移不同步,必然在井筒周围的土层中出现剪切作用,最大剪应力全部附加在井壁表面,形成附加应力。由于井筒进入基岩时都设计有壁座,壁座以上是应力集中最大的部位,这是井筒破坏主要发
7、生在松散层底部含水层与基岩交界附近的主要原因。引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征相关建议防治及处理措施井壁破坏机理井壁破坏机理12关于土与井壁相互作用在正常情况下,由于井筒外壁采用自上而下分段浇灌方式施工,且井筒上方承受部分或全部井塔和其它提升设备的重量,井壁相对于周围岩(土)有向下移动趋势,整个井壁外表面受到地层向上的剪切力作用。在表土层发生沉降时,底部和上覆地层相对井壁产生向下位移,而下伏的煤系地层并不受排水影响,处于相对不动状态,于是地层与井壁间剪切力的方向和大小发生了转变:引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征相关建议防治及处理措施井壁破坏机理井壁破坏机理13转变 什么？在表土段,地层
8、对井壁的剪切力方向由向上变为向下。在基岩段,地层对井壁的剪切力依然向上,但为了平衡表土段地层沉降对井壁的拖曳作用,剪切力变得更大了。引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征相关建议防治及处理措施井壁破坏机理井壁破坏机理14井壁破坏的主要原因假设井壁横截面上的纵向位移是均匀的,把井壁截面位移与周围地层位移相等之点称为中性点,则中性点上地层对井壁的剪应力为零,但具有最大的轴向应力。显然,中性点将处于表土层与基岩的交界面附近。表土层沉降不仅使井塔和井筒自重无法由表土段分散转移,而且将与地层对井壁的剪应力一道造成井壁(尤其是岩土交界面附近)断面上轴向应力的集中。这种轴向应力的集中是传统的井壁设计原则所未曾
9、考虑的,这正是井壁破坏的主要原因之一。引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征井壁破坏机理论文总结防治处理措施防治处理措施15根据对井壁变形破坏机理的分析结果,防治井壁变形破坏的技术途径主要应从对井壁、地层和水头等3方面进行考虑防治及处理措施引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征井壁破坏机理论文总结防治处理措施防治处理措施16防治处理措施所谓“让”就是采取工程措使井壁能承受一定的变形；所谓“抗”就是提高井壁的自身强度一是“让”;二是“抗”井壁处理措施地层加固措施水头控制措施提高地层的抗压缩变形能力,减少因水位疏降而产生的地层压缩变形量,降低井壁所承受的附加外力,从而达到保护井壁的目的。地面注浆或破壁注浆维持井筒周围一定范围内含水层的水头高度,从而减少地层固结,实现保护井筒的目的,由于技术和经济方面的原因,这一措施的实现难度是较大。注水或帷幕注浆引言井壁结构井壁破裂原因井壁破坏特征井壁破坏机理论文总结防治处理措施防治处理措施17参考书籍煤矿工程地质学主编：隋旺华煤矿立井井壁破裂的机制及防治措施作者：张文泉煤矿立井井壁破裂的原因与预防加固措施作者：王兵煤矿立井井壁破裂原因及治理措施作者：杨荣基煤矿立井井筒井壁结构与普通法施工技术作者：曲万通立井井筒内壁加固的机理分析作者：施小平敬请各位同学及老师批评指正！汇报人：崔阳阳
