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塌陷区新型立井井壁结构与受力机理研究

作　者: 钱庆祎
导　师: 程桦
学　校: 安徽理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 塌陷活动区 立井井壁 沥青滑动层 可缩性接头
分类号: TD321
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 127次
引　用: 1次
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内容摘要


近年来随着矿山开采规模的扩大和采深的增加,在一些老矿区陆续出现了大量的采空区。采空区的存在,打破了原岩体力学平衡,导致岩体中的应力重新分布,在采空区的周边产生应力集中形成地压,使采空区顶板、围岩和矿柱发生变形、破坏和移动,出现顶板冒落和地表塌陷从而形成塌陷区。如何在塌陷区开凿立井已成为一个现实的问题,同时也是一个重要的研究课题。 本篇论文以安徽淮南矿业集团新庄孜矿塌陷区新建井筒为工程实例,通过理论分析,模型试验,数值计算三种方法系统地研究了塌陷区立井井壁的结构形式,受力特点等。首先,通过对井壁受到的荷载,井壁受力特性的理论分析,对井壁与围岩的共同作用机理进行了探讨:其次,根据相似理论,推导井壁结构相似准则,并通过模型试验重点研究了柔性井壁中沥青滑动层和可缩性井壁接头的相关性质以及井壁结构模型的变形特性;最后,利用ansys软件,对塌陷区地层的沉降和水平位移、井壁与可缩性接头的受力特性进行了分析,并通过计算机模拟对比了在承受相同荷载情况下,6种不同井壁构造形式的特点。本文研究结果,对今后设计塌陷活动区立井井壁提供了理论依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-20
  1.1 工程塌陷的涵义及其类型概述  12-13
  1.2 立井井筒概述  13-14
  1.3 采空塌陷区特殊地质特征及危害  14-15
  1.4 采矿塌陷活动区凿井的研究现状及实践意义  15-16
  1.5 采矿塌陷活动区开凿立井的特点  16-18
    1.5.1 塌陷区岩层移动和地表下沉的基本特点  16-17
    1.5.2 立井井筒变形预计  17-18
  1.6 研究的任务和方法  18-20
    1.6.1 本课题将进行如下几方面的研究  18-20
2 塌陷区立井井壁受力特性研究  20-31
  2.1 塌陷区立井井壁的受力特点  20
  2.2 塌陷区立井井壁承受的荷载分析及计算方法  20-25
    2.2.1 基本荷载  20-22
    2.2.2 辅助荷载  22-24
    2.2.3 特殊荷载  24-25
  2.3 塌陷区立井井壁与围岩共同作用机理研究  25-28
    2.3.1 井筒与围岩共同作用模型概述  25
    2.3.2 各模型例证研究  25-27
    2.3.3 井壁与围岩共同作用  27-28
  2.4 塌陷区新型井壁结构形式的选择及关键部位设计  28-31
    2.4.1 竖向可缩性接头设计要求  28-29
    2.4.2 竖向可缩性井壁接头方案设计  29-31
3 塌陷区立井井壁材料力学性能试验研究  31-48
  3.1 立井井壁中钢纤维混凝土的试验研究  31-38
    3.1.1 钢纤维混凝土基本性能概述  31-33
    3.1.2 钢纤维混凝土组成材料  33
    3.1.3 钢纤维混凝土试验研究  33-37
    3.1.4 普通混凝土研究  37-38
  3.2 沥青板滑动层材料的力学特性试验研究  38-48
    3.2.1 概述  38-39
    3.2.2 沥青板滑动层材料性能要求及原材料选择  39-40
    3.2.3 沥青滑动层材料抗压试验  40-42
    3.2.4 沥青板滑动层抗剪试验  42-44
    3.2.5 沥青板滑动层单轴蠕变试验研究  44-45
    3.2.6 沥青板滑动层材料三轴破坏试验研究  45-46
    3.2.6 沥青板滑动层原材料及配合比确定  46-48
4 新型井壁结构模型试验研究  48-59
  4.1 井壁相似模型试验  48-55
    4.1.1 井壁模型试验相似准则推导  48-50
    4.1.2 井壁模型参数的确定与制作  50-51
    4.1.3 试验测试方法及主要步骤  51-53
    4.1.4 试验结果汇总及分析  53-55
  4.2 竖向可缩性接头模型试验  55-59
    4.2.1 试验方案  55
    4.2.2 相似准则  55-56
    4.2.3 模型试验  56-57
    4.2.4 测试方法  57
    4.2.5 加载方式  57
    4.2.6 试验结果及分析  57-59
5 新型井壁结构受力机理数值分析  59-75
  5.1 ANSYS程序简介  59
  5.2 井筒周围塌陷区数值模拟  59-64
    5.2.1 计算模型的建立  59-61
    5.2.2 荷载及边界条件  61-62
    5.2.3 计算结果及分析  62-64
  5.3 竖向可缩性井壁接头数值模拟  64-70
    6.3.1 计算模型  64-65
    5.3.2 荷载及边界条件  65
    5.3.3 可缩性井壁接头水平承载力计算结果  65-67
    5.3.4 缩性井壁接头竖向承载力计算结果  67-70
  5.4 柔性滑动井壁数值模拟  70-75
    5.4.1 计算假定  70
    5.4.2 计算模型  70-71
    5.4.3 荷载及边界条件  71
    5.4.4 井壁数值模拟结果分析  71-75
6 新型井壁结构的工程实例应用  75-82
  6.1 工程概述及地质条件  75-76
  6.2 副井和回风井关键部位确定  76-77
  6.3 井壁变形量预测  77
  6.4 具体设计方案  77-82
    6.4.1 可缩性接头设计  77-78
    6.4.2 井壁结构设计  78-82
7 结论和展望  82-86
  7.1 结论  82
  7.2 展望  82-86
附录A 井壁模型试验原始数据表  86-87
后记或致谢  87-88
作者简介及读研期间主要科研成果  88

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山压力与支护 > 矿山压力与岩层移动 > 井筒地压
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