高应力不同侧压条件下井壁合理结构及稳定性
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题 。井筒 作为矿 井 生产运 输 的咽喉要 道 , 其 稳定 性直 接关 系整 个矿井 的安全生 产 和效益 , 为此研 究 高应力
不 同侧 压 条件下 井 壁 的稳 定性 , 寻求 合理 的井壁 结构 就显 得非 常重要 。 国 内外 学者 对 双侧 压 力 不 同情 况 下 井 筒应 力 分 布和合 理结 构都 做过 许多 研究 I 4 J , 其 大都 在 弹性 力 学 不 同侧压 圆形 孔 的结 果 上 , 然而 , 随 着 现代 数 学 与 计 算机 技术 的迅 速 发展 , 优 化 技 术 得 到 了发 展 , 部 分
1 井壁 结构 的受 力分析
为 了分析不 同侧 压井壁 结构 的受力 , 首先 依据 弹
性理 论双 向不 等压 结论 。双 向不 等压 井 筒 受 力 简
化 图见 图 1 。
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于地质 构造 、 煤 层埋 深 、 岩 体特性 等方 面 的原 因 , 井筒
经常在 水平 双 向应力 大小 不 同 , 且应 力水平 较高 的条 件 中建 设 , 由此 带来 了井 筒 稳定 性 差 、 施 工 困难 等 问
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图1 双向不等压井 筒受力简化 图
( 1+ 枷 ( 1一 2 )+
学者也 对不 同侧 压下 井壁 的合理 结构 做 了研 究 。 本 文在 不 同侧压 井 壁 应 力 分 布及 合 理 结构 研 究
的基础 上 , 利用 理论 分 析 和 数值 计 算 相 结合 的方 法 , 分 析井 壁结 构 的合理受 力及 结构 , 以改 善井 壁结构 的 受力 , 充分 发挥 材料 的利用 率 为 目的 , 给 出了井 壁 结
张建 武
( 大 同煤 矿 集 团 朔 煤 王 坪煤 电公 司 , 山西 怀仁 0 3 8 3 0 1 )
摘
要
采 用理 论 分析研 究双向不 等压 井壁 结构 的应 力分 布规律 , 利 用 大型数值 计算软 件 , 分析
ห้องสมุดไป่ตู้
不 同侧 压条 件 下井壁 的合理 结构及 布 筋。研 究结 果表 明 : 当井筒布 置 于不 同侧 压环境 中, 传 统 的等厚
度 的 圆形 井壁稳 定性 差 , 局部 甚 至会 出现拉应 力 而导致 井壁 结构 失稳 ; 采 用 外壁 为 椭 圆 , 内壁 为 圆的
井壁 结构 可以调 整 井壁 上 的应 力分布 , 维护 井壁 结构 的稳 定性 ; 采 用 传统 的 等厚 度 井壁 结 构 , 如 做 适 当地布 筋调 整 , 同样 可 以维持 井壁 结构 上的应 力 分布合 理 , 维 护 井壁 结构 的稳 定 ; 在 采 用布 筋调 整 井 壁 应 力分布 时 , 应在 侧 压力 小的方 向加 强布 筋。 关键 词 高应 力 ; 不均 匀侧 压 力 ; 井壁 ; 数值 计 算
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由分 析可 知 , 随着 侧 压 系数 的增 大 , 沿 井壁 应 力
分 布越来 越 不均 匀 , 当 侧 压 系数 达 到 一 定 数 值 时 , 井
壁局 部 出现 受拉 区域 。 2 井壁结构 稳 定性 的数 值计 算 在建 立 数值计 算模 型 之前 , 首先 分析 传 统等厚 度 井壁 上 的应 力分 布情 况 , 传 统等 厚度 井壁 结 构在 双 向 不 等压应 力 场 中的环 向应 力 云 图见 图 2 , 从 图 2可 以 看出, 环 向应 力 分 布 极 不均 匀 , 图 2中 A点 至 B点 ,
第 2期 2 0 1 3年 2月
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山 西 焦 煤 科 技
S h a n x i Co k i n g Co a l S c i e n c e& T e c h n o l o g y
No . 2
Fe b. 20l 3
试验研 究 ・
高应力不同侧压条件下井壁合理结构及稳定性
环 向应力 越来 越 大 。
图 3中 , a为 井 筒 半 径 , b为 井 壁 外 椭 圆短 轴 , C
为井 壁外 椭 圆长轴 , q 为 1 5 MP a , q : 为1 0 MP a 。 计算 中 , 设 定 井 筒处 于 细砂 岩 中 , 井 壁材 料 采 用
C 3 5混凝 土 。
构 的加 固范 围。
收 稿 日期 : 2 0 1 2—1 1—1 7
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号 ( 1 一 A ) + 3 詈 4 ) …s 2
作者简介 : 张建武( 1 9 7 0 一) , 男, 山西 怀 仁 人 , 1 9 9 6年 毕 业 于 山 西 矿 业 学 院 , 助理工程师 , 主 要从 事 煤 炭 开 采 技 术 及 管 理 方 面 的工 作
等厚 度井 壁结 构 和 内 圆外椭 圆井 壁 结 构 环 向应 力 分 布对 比见 图 4 。
图 4 环 向应 力 分 布对 比图
从 图 4可 以看 出 , 经 过 优 化后 的 内壁 为 圆形 , 外 壁 为椭 圆形 的井 壁结 构 上 的环 向应 力 分布 较均 匀 , 有
中图分 类号 : T D 3 5 2 . 3 文 献标识 码 : A 文章 编号 : 1 6 7 2— 0 6 5 2 ( 2 0 1 3 ) 0 2— 0 0 5 4— 0 3
随着 我 国经济 的高速 发展 , 国内对煤 炭资 源的需
求量 逐年 增长 , 相应 的许 多大 型矿井 建设项 目已经开 始, 然而 , 不 同的地 质 条 件 对 应不 同 的工 程 背景 。 由
( E—ma i l ) z h a n g j i a n w u @1 6 3 . c o n r
2 0 1 3年 第 2期
张建 武 : 高应 力不 同侧 压 条件 下 井壁合 理 结构及 稳 定性
表 1 模 型材料力学参数
丁口 =
一
÷ ( 1 一 A ) p ( 1 + 2 一 3 ) ・ s i n 2 0