２０１４年第３９卷第２期 Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．２ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３．２０１４．０２．０５５ 能源技术与管理 Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ １３９ 松散层大直径立井开挖井筒变形特征 王［摘清，李思齐，王新志，樊斌，王丹 （山西潞安矿业集团五阳煤矿，山西长治０４６２０５） 要］针对某矿立井开挖过程中松散层段易于出现变形过大的问题，根据该矿井筒开挖 的地质条件、力学性质以及岩层结构及性质，运用ＦＬＡＣ 。数值模拟方法研究大直 径立井开挖过程中应力分布与塑性区分布特征。研究表明：松散层中的粘土层位， 特别是粘土层和泥岩交界的层位易出现应力集中，为易破碎和易变形部位，需要特 别防护和加固。 ［关键词］井筒变形；数值模拟；大直径立井；变形规律；松散层 ［中图分类号］ＴＤ３２１［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２－９９４３（２Ｏ１４）０２ １３９ ３ 将研究区内岩土层按土体类型和岩性划分为 粉质粘土、粘土和砂质泥岩３个工程地质层组，从 上到下划分为４个地层。模拟的开挖深度范围为 ０ ２４ ｍ。以煤层底板基点为坐标原点，以煤层底 面为ＸＯＹ平面，倾斜水平投影方向为ｌ，正方向， 煤层走向为 方向，垂直向上为ｚ轴正方向建立 三维坐标系统。 在以往的研究中［１－３］，对大井径立井开挖过程 ０ 引 言 井筒破坏是煤矿生产过程中常见的工程地质 灾害，主要表现为煤矿立井井筒的部分井壁发生 严重变形和破坏，危及生产安全，迫使部分矿井停 产，造成重大经济损失。 通过数值模拟方法对某矿大直径风井开挖过 程中的松散层段井筒变形特征进行了研究，对于 指导煤矿井筒的安全施工和运营有着重要意义。 中井筒变形关注较少。根据井筒开挖的技术条件， 在尽可能反映原始地质条件的前提下，对模型地质 １ 井简开挖地质概况 某矿拟新建风井为立井开拓形式，拟井筒深 度为８００多ｍ，井简直径为９．００ ｍ。井筒穿过的第 条件采取一定的假设和简化：①模型建立到地表； ②岩土层在岩组内为均匀连续介质；③原始应力 场考虑为自重应力场，不考虑构造应力场的作用。 四系松散层主要由粘土、亚粘土及粉砂质粘土组 成，含水层很弱。松散覆盖层厚度约为２４ ｍ。根据 钻孔资料，结合预开挖计划，得到的松散层及其底 部岩层的柱状图如图１所示。 系 组 柱状 累深 层厚 岩性 ，ｍ 模型边界条件和初始条件示意图如图２所 示，模型前后、左右侧面采用水平方向固定垂直方 向自由边界；底面采用垂直和水平方向均固定的 约束方式；模型顶部为自由边界。 第 系 四 ～豳 １８ ｌ８ 粉质粘土 ２４ ６ 粘土 ３０ ６ 粉质粘土 图２模型边界与初始条件示意图 叠 千 系 蝰 一 ５０ ２０ 砂质泥岩 （风化带） ２数值模拟研究 ２．１物理力学参数 组 图１工程地质模型 模型本构关系采用Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ本构模 型，密度ＪＤ、体积模量Ｋ、剪切模量Ｇ、内聚力Ｃ、内
