【摘要】：近年來(lái),隨著我國(guó)煤礦開采向西部地區(qū)轉(zhuǎn)移,大量井筒穿越深厚穩(wěn)定的富水砂巖地層。在高孔隙水壓作用下,如何合理設(shè)計(jì)單層井壁是一個(gè)待解的難題。揭示穩(wěn)定圍巖中高壓孔隙水致裂井壁的機(jī)理,是破解這一難題的基礎(chǔ)。本文采用數(shù)值模擬結(jié)合物理模型試驗(yàn)的方法對(duì)穩(wěn)定基巖中高壓孔隙水致裂井壁的機(jī)理進(jìn)行了研究。首先,建立了多孔介質(zhì)平面應(yīng)變模型,運(yùn)用FLAC3D有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件,對(duì)圍巖-孔隙水壓-井壁相互作用的全過(guò)程進(jìn)行了模擬。對(duì)于影響井壁在孔隙水壓增長(zhǎng)過(guò)程中的變形和壁后等效水荷載的一些參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比研究;模擬了井壁在水壓恢復(fù)全過(guò)程中的破壞形式,分析認(rèn)為井壁的破壞形式主要為剪切破壞。其次,基于相似理論,對(duì)井壁-圍巖-孔隙水壓之間的相互作用進(jìn)行了物理模型試驗(yàn)研究。研制了井壁相似材料,掌握了圍巖相似材料力學(xué)特性;試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了水平地壓與孔隙水壓的獨(dú)立加載,通過(guò)電阻應(yīng)變計(jì)和分布式光纖對(duì)井壁變形規(guī)律進(jìn)行了測(cè)試。綜合數(shù)值模擬與物理模型試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為,孔隙水壓恢復(fù)過(guò)程中,井壁變形可以分為三個(gè)階段:1、圍巖與井壁緊密貼合階段。該階段井壁的變形受孔隙水壓增長(zhǎng)影響小,孔隙水壓力影響系數(shù)顯著小于圍巖的孔隙率。2、圍巖與井壁(局部)分離階段。該階段孔隙水壓影響系數(shù)不斷增大。井壁與圍巖的分離從點(diǎn)開始向局部區(qū)域發(fā)展,隨著孔隙水壓不斷填充,分離速度不斷加快。在此階段,井壁可能會(huì)承受較大的不均勻力。3、井壁與圍巖完全分離階段,井壁承受全水壓。這一階段若保持孔隙水壓不斷增長(zhǎng),井壁變形快速增長(zhǎng)直至井壁破壞。最后,通過(guò)分析數(shù)值計(jì)算和物理模擬研究中井壁的破壞過(guò)程,認(rèn)為穩(wěn)定巖層中高壓孔隙水是導(dǎo)致井壁破裂的主要原因。其作用機(jī)理是:在第二階段,井壁和圍巖發(fā)生局部分離,局部區(qū)域受到的等效外水荷載顯著增大,井壁受力不均勻發(fā)生剪切破壞;在第三階段,圍巖與井壁完全分離,在全水壓作用下井壁快速變形破壞�；诖�,提出增大井壁徑向剛度、增大井壁與圍巖粘結(jié)力、減小分界面孔隙率等高壓孔隙水害防治措施。
【圖文】：

1 緒論積很小，所以忽略。，如圖 1-1 所示，截面總面積為 A，總荷載為 A，粒的接觸點(diǎn)，作用在各接觸點(diǎn)的接觸力 Ps的作用量法則將其分解為豎向和水平兩個(gè)方向的分量，豎衡式。所有土顆粒之間的接觸點(diǎn)力在平面法向上的分量比 = /c ci A A可以忽略，所以就得到了(1- 4)式。 svic= 1PuA

受當(dāng)量水荷載環(huán)向應(yīng)變的 84%，即當(dāng)井壁和圍此時(shí)井壁受到的等效水力荷載近似于孔隙水壓段所受的外水荷載，已經(jīng)有了一些實(shí)測(cè)研究：號(hào)井風(fēng)井實(shí)測(cè)了 250m 以下凍結(jié)基巖井筒的水壓表 1- 2 測(cè)試水平最大水壓及水壓系數(shù)ble 1- 2 Maximum hydraulic pressure and hydraulic coeff/m 水頭高度/m 理論水壓/MPa 實(shí)測(cè)水壓/M.0 325.8 3.193 2.200 .0348.33.413 2.376 .0362.83.555 2.936 外水壓力較靜水壓力有一定的折減，，但是是在土工程研究所對(duì)門客慶煤礦副井-670m 孔隙型壁有一定滲漏）。測(cè)量時(shí)間跨度為凍結(jié)壁解凍如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD313

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本文編號(hào)：2593122