摘要
立井井筒作为井工开采煤矿的咽喉通道，承载着整个煤矿安全保障系统，一旦井壁发生破裂，将造成巨大的经济损失。上世纪八十年代末至九十年代初，我国黄淮地区数十对矿井在非采动条件下发生了不同程度的井壁破裂现象，引起了科研院所及生产单位的广泛关注。近年来，在皖北矿区多个煤矿又出现了非采动直接影响下的井壁变形破坏问题，有的已严重影响安全生产，甚至导致停产。可见，井壁变形破坏的机理是复杂的，目前仍未认识清楚。因此，开展深厚松散层中煤矿立井井壁变形破裂问题的研究，剖析立井井壁的变形破裂机理，既具有重要的理论意义，又具有实际应用价值。本文以皖北宿南矿区钱营孜煤矿主井井壁变形为例，采用数值模拟和物理模拟的方法对该井井壁变形的原因进行了深入研究，主要研究成果如下： （1）通过系统分析皖北整个矿区已破裂井筒特征及相关因素，并结合钱营孜煤矿工业广场的地质及水文地质、工程地质等资料，得出深厚松散表土第三含水层（三含）与第四含水层（底含）失水是导致钱营孜煤矿主井井壁变形的主控因素。与此同时分析认为，井筒周围地表沉降主要是由三含失水引起的，而受底含失水影响相对较小。 （2）基于有效应力原理，根据地表沉降量大致计算了三含失水所导致的有效应力增量值，并结合底含失水引起的有效应力增量值，对建井后三含、底含同时失水，井筒与周围土层两者相互作用进行二维耦合数值模拟分析，得出不同阶段三含失水引起的地表沉降量和四含水位下降值与井壁所受最大竖直附加应力具有较好的线性关系，发现了井壁最大竖直附加应力在累加过程中呈现出低级和高级两个阶段。 （3）创造性地设计和加工了简易的井壁变形室内物理模拟实验系统，研究不同底含水位降深条件下不同井深井壁附加应力和应变的大小及时空演化规律，得到了与数值模拟基本一致的分析结果。
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