厚表土立井井壁應(yīng)力狀態(tài)及其演變規(guī)律研究項目摘要

我國厚表土層中已有100多個井筒發(fā)生破裂，經(jīng)濟損失達(dá)數(shù)十億元，災(zāi)害仍在繼續(xù)蔓延；未來10年我國東部擬新建約100個礦井，多數(shù)需穿越400～700m厚表土層?，F(xiàn)有井壁破裂研究成果尚無法有效預(yù)測發(fā)生破裂的具體時間和位置，進而無法為災(zāi)害的預(yù)測、預(yù)警與防治提供可靠的理論基礎(chǔ)和有力的技術(shù)支持。課題以處于生產(chǎn)期間的井筒破裂和治理工程為背景，基于雙剪統(tǒng)一強度理論，研究井壁混凝土的塑性極限荷載線；采用理論分析、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬的綜合方法，研究并建立井壁既有應(yīng)力的原位測試新方法；根據(jù)長達(dá)10年的井壁受力實測數(shù)據(jù)，運用R/S分析法研究井壁受力的長時演變規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，綜合研究井壁破裂災(zāi)害的穩(wěn)定預(yù)測方法。課題成果對完善井壁與圍土相互作用機理及豎直附加力理論有重要理論與學(xué)術(shù)意義，對新建礦井井壁設(shè)計與施工，現(xiàn)有井筒破裂及再破裂時間、部位的預(yù)測預(yù)報有重要實際意義。

項目以厚表土立井井筒受力響應(yīng)及井壁破裂災(zāi)害預(yù)測預(yù)警問題為背景，針對井壁當(dāng)前受力狀態(tài)、既有強度特征和井筒受力演變規(guī)律，開展了大量室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬及理論分析工作?；陔p剪統(tǒng)一強度理論考慮混凝土材料拉壓異性特性和中主應(yīng)力影響，建立了井壁塑性極限荷載狀態(tài)線。采用無量綱形式分析了井壁塑性極限荷載與混凝土拉壓異性特性之間的關(guān)系。獲得了井壁塑性極限荷載與井筒幾何特性之間的關(guān)系。隨著井壁厚度的增大，其塑性極限荷載非線性增大。這一規(guī)律對分析、判斷、預(yù)報井壁是否達(dá)到塑性極限有重要意義。分析了井壁的塑性極限荷載與中間主剪應(yīng)力之間的關(guān)系，獲得了分析井壁塑性極限荷載時參數(shù)b的合理取值范圍。當(dāng)0.6≤b≤1.0時，在本課題給定的條件下，對井壁塑性極限荷載基本沒有影響。建立了雙孔部分應(yīng)力解除法原位測試井壁當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)的新方法。確定了衰減率57%作為雙孔部分應(yīng)力解除法測試井壁混凝土既有應(yīng)力大小的計算標(biāo)準(zhǔn)。進行了大量不同應(yīng)力狀態(tài)條件下混凝土回彈試驗，建立了更加符合井筒工況的專用測強曲線，為現(xiàn)場實測井壁既有強度特征奠定基礎(chǔ)。研究表明，混凝土處于不同應(yīng)力狀態(tài)時，回彈測試結(jié)果不同。其中C10等級的混凝土回彈值在不同應(yīng)力狀態(tài)下的測試結(jié)果最大相差達(dá)20%左右，而C50混凝土回彈值相差9%左右?；诰谒苄詷O限荷載表達(dá)式，建立了適用于厚表土層中立井井壁可靠度分析的功能函數(shù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)表法計算分析了大屯礦區(qū)某礦立井井壁的可靠度指標(biāo)β。功能函數(shù)中系數(shù)b和α對井壁可靠度影響較大，當(dāng)b值取1時更能反映井壁實際可靠度。采用FLAC 3D 對地層擾動條件下井壁受力響應(yīng)規(guī)律進行了數(shù)值模擬分析。采用R/S分析法對井壁附加應(yīng)變長時演變規(guī)律進行研究，結(jié)果表明H指數(shù)的變化規(guī)律對預(yù)警井壁破裂具有較明顯的中、短期前兆意義。 課題研究深化了對厚表土井筒受力狀態(tài)、強度特征及其演變規(guī)律的認(rèn)識，為井筒的設(shè)計、施工、質(zhì)量控制以及工程災(zāi)害的預(yù)測預(yù)警提供了借鑒與指導(dǎo)，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 2100433B

《深厚表土地層條件下的立井井壁結(jié)構(gòu)》是一部關(guān)于煤礦深表土立井井壁結(jié)構(gòu)研究的專著。書中對采用凍結(jié)法與鉆井法施工井筒中的井壁所受荷載及其分布、荷載設(shè)計取值及對不同類型井壁結(jié)構(gòu)的承載力計算方法進行了深入的分析與討論，提出了相應(yīng)的井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

本書要介紹了厚表土層中立井井筒井壁結(jié)構(gòu)受力與穩(wěn)定的若干問題，包括井壁受力的彈性分析、井壁受力的塑性極限分析、井壁受力狀態(tài)實測研究、井壁強度特征演變及可靠性分析和井壁受力長時演變規(guī)律與安全預(yù)警研究等幾個方面的內(nèi)容。

轉(zhuǎn)爐鋼渣微粉化是鋼渣資源化大宗量利用的有效途徑之一，然而制約鋼渣微粉化的主要問題是其易磨性差。本項目申請依據(jù)于項目組前期的工作積累和發(fā)現(xiàn)，分析了問題存在的根本原因，提出通過促進轉(zhuǎn)爐鋼渣相演變和自粉化以解決此難題的新思路，研究包括轉(zhuǎn)爐鋼渣中硅酸二鈣相（C2S）的優(yōu)勢析出；C2S析出相由β向γ相的演變和C2S相演變與轉(zhuǎn)爐鋼渣自粉化關(guān)系三個方面。研究集中在析出和演變的機理以及其實現(xiàn)條件等基礎(chǔ)科學(xué)問題，運用經(jīng)典的冶金、材料科學(xué)理論，結(jié)合SEM, XRD, EBSD等現(xiàn)代分析測試技術(shù)，來解決研究過程中遇到的科學(xué)難題。項目的目標(biāo)是降低轉(zhuǎn)爐鋼渣粉磨耗能，改善其易磨性，為實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐鋼渣的高效循環(huán)利用提供科學(xué)依據(jù)和相應(yīng)的參數(shù)。