【摘要】：近年來,隨著我國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,如何合理設計單層井壁是一個待解的難題。揭示穩(wěn)定圍巖中高壓孔隙水致裂井壁的機理,是破解這一難題的基礎。本文采用數(shù)值模擬結(jié)合物理模型試驗的方法對穩(wěn)定基巖中高壓孔隙水致裂井壁的機理進行了研究。首先,建立了多孔介質(zhì)平面應變模型,運用FLAC3D有限差分數(shù)值模擬軟件,對圍巖-孔隙水壓-井壁相互作用的全過程進行了模擬。對于影響井壁在孔隙水壓增長過程中的變形和壁后等效水荷載的一些參數(shù)進行了對比研究;模擬了井壁在水壓恢復全過程中的破壞形式,分析認為井壁的破壞形式主要為剪切破壞。其次,基于相似理論,對井壁-圍巖-孔隙水壓之間的相互作用進行了物理模型試驗研究。研制了井壁相似材料,掌握了圍巖相似材料力學特性;試驗中實現(xiàn)了水平地壓與孔隙水壓的獨立加載,通過電阻應變計和分布式光纖對井壁變形規(guī)律進行了測試。綜合數(shù)值模擬與物理模型試驗結(jié)果認為,孔隙水壓恢復過程中,井壁變形可以分為三個階段: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,井壁變形快速增長直至井壁破壞。最后,通過分析數(shù)值計算和物理模擬研究中井壁的破壞過程,認為穩(wěn)定巖層中高壓孔隙水是導致井壁破裂的主要原因。其作用機理是: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。基于此,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，作用在各接觸點的接觸力 Ps的作用量法則將其分解為豎向和水平兩個方向的分量，豎衡式。所有土顆粒之間的接觸點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

受當量水荷載環(huán)向應變的 84%，即當井壁和圍此時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)有了一些實測研究：號井風井實測了 250m 以下凍結(jié)基巖井筒的水壓表 1- 2 測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 實測水壓/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門客慶煤礦副井-670m 孔隙型壁有一定滲漏）。測量時間跨度為凍結(jié)壁解凍如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD313

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