[發(fā)明專利]孔隙型含水基巖段煤礦立井單層井壁外荷載設(shè)計取值方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910079195.6
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109829229B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程樺;林鍵;姚直書;榮傳新;王曉健;黎明鏡;曹廣勇
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;劉素霞

本發(fā)明提供一種孔隙型含水基巖段煤礦立井單層井壁外荷載設(shè)計取值方法，本方法包括如下步驟：S1假定井壁為貼壁式狀態(tài)，分析井壁的外荷載，計算出井壁外荷載的表達(dá)式；S2根據(jù)步驟S1計算出的的表達(dá)式來判別井壁的狀態(tài)；S3根據(jù)步驟S2中所判別出的狀態(tài)分別進行相應(yīng)的荷載解析，并得出井壁為貼壁式襯砌時的井壁外荷載解析為井壁為離壁襯砌時的井壁外荷載解析為P_b；S4根據(jù)步驟S3所得到的結(jié)果帶入已知的地層參數(shù)和立井井壁初步設(shè)計的尺寸參數(shù)，得到井壁外載荷的取值區(qū)間，再根據(jù)所設(shè)計的地層參數(shù)在取值區(qū)間內(nèi)選取井壁的外荷載值。本發(fā)明所得到的井壁外荷載更符合實際工況，更有利于針對具體的地質(zhì)條件下的立井施工的順利進行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種孔隙型含水基巖段煤礦立井單層井壁外荷載設(shè)計取值方法。

背景技術(shù)

自我國實施西部地區(qū)大開發(fā)戰(zhàn)略以來，西部的新建或者需要維護的礦井也逐年增多，但是由于井筒設(shè)計理論嚴(yán)重滯后工程實踐，出現(xiàn)了簡單沿用、類比中東部地區(qū)凍結(jié)井設(shè)計方法的現(xiàn)象。導(dǎo)致井壁設(shè)計或過于保守造成浪費，或井壁厚度過薄而引發(fā)井筒嚴(yán)重漏水甚至淹井事故。

綜合分析表明：我國西部地區(qū)全基巖深凍結(jié)井穿越的白堊-侏羅紀(jì)深埋煤系地層，多為泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)充填的孔隙、裂隙-孔隙雙重介質(zhì)，與中東部地區(qū)迥異的地質(zhì)條件是導(dǎo)致現(xiàn)行規(guī)范及設(shè)計方法難以適用于西部礦區(qū)的根本原因。因此，解決該問題的核心在于如何在正確的認(rèn)識孔隙、裂隙-孔隙含水地層井壁的承載機理基礎(chǔ)上，科學(xué)確定立井井壁外荷載。

通過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)：在井壁外荷載取值問題上，現(xiàn)行的立井設(shè)計規(guī)范中，僅是在中東部地區(qū)設(shè)計方法的基礎(chǔ)上提出了水壓力折減系數(shù)，但是對于水壓力折減系數(shù)的取值僅是工程類比的經(jīng)驗參數(shù)。因此，不滿足孔隙型含水基巖段立井的地質(zhì)條件，給后續(xù)設(shè)計和具體施工帶來不便。

因此，需要提供一種針對上述現(xiàn)有技術(shù)不足的改進技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中富水基巖段煤礦立井單層井壁外荷載設(shè)計取值的問題，通過對井壁承載狀態(tài)的分析，構(gòu)建圍巖與井壁共同作用下的井壁外荷載分析模型，結(jié)合我國西部白堊-侏羅紀(jì)深埋煤系地層特性，在考慮圍巖共同作用、流固耦合及穩(wěn)態(tài)徑向滲流的基礎(chǔ)上，通過將圍巖外邊界荷載分解為水壓和固相水平應(yīng)力，用不同的有效應(yīng)力系數(shù)區(qū)分不同介質(zhì)的水壓作用效果，提供一種富水基巖段煤礦立井單層井壁外荷載設(shè)計取值的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種孔隙型含水基巖段煤礦立井單層井壁外荷載設(shè)計取值方法，所述取值方法包括如下步驟：

S1，首先假定井壁為貼壁式狀態(tài)，分析井壁的外荷載，并計算出井壁外荷載的解析解；

S2，根據(jù)步驟S1計算出的的解析解來判別井壁貼壁或離壁的狀態(tài)；

S3，根據(jù)步驟S2中所判別出的狀態(tài)分別進行相應(yīng)的荷載解析，并得出井壁為貼壁式襯砌時的井壁外荷載解析為井壁為離壁襯砌時的井壁外荷載解析為P_b；

S4，根據(jù)步驟S3所得到的結(jié)果帶入已知的地層參數(shù)和立井井壁初步設(shè)計的尺寸參數(shù)，得到井壁外載荷的取值區(qū)間，再根據(jù)所設(shè)計的地層參數(shù)在取值區(qū)間內(nèi)選取井壁的外荷載值。

如上所述孔隙型含水基巖段煤礦立井單層井壁外荷載設(shè)計取值方法，優(yōu)選地，所述步驟S1具體包括如下步驟：

S101，根據(jù)穩(wěn)態(tài)徑向滲流理論，可求得圍巖與井壁交界處的水壓力即井壁外側(cè)水壓力為：

S102，根據(jù)彈性厚壁圓筒理論可求得位移通解為：

S103，解得有效應(yīng)力的通解為：