深部建井力學

目錄
前言
第1章　深部非均壓建井理論基礎　1
1.1　深部建井難度表征參數(shù)　1
1.1.1　深部建井復雜地質(zhì)力學環(huán)境　1
1.1.2　深部井筒大變形破壞特征　2
1.1.3　深部巷道破壞特征　6
1.1.4　深部建井難度表征參數(shù)　7
1.2　深部建井的概念　7
1.2.1　國外定義　7
1.2.2　國內(nèi)定義　7
1.2.3　深部建井的科學現(xiàn)象及定義　8
1.2.4　深部的確定方法　10
1.2.5　難度評價　11
1.3　深部非均壓建井新模式　11
1.3.1　非均壓建井模式　11
1.3.2　深部地應力場點-面結(jié)合分析測試方法　13
1.3.3　深部非均壓建井初次支護設計方法　14
1.4　深部井筒三維理論模型　16
1.4.1　深部井筒模型分類　16
1.4.2　IA型圓形井筒三維理論解　17
1.4.3　IB型橢圓形井筒三維理論解　18
1.4.4　Ⅱ型層狀巖體圓形/橢圓形井筒三維理論解　21
參考文獻　26
第2章　深部建井巖體大變形力學特性及災變效應　28
2.1　深部建井巖體微觀力學特性　28
2.1.1　量子力學計算分析　28
2.1.2　分子動力學分析　36
2.2　深部建井巖體多場耦合大變形力學特性　42
2.2.1　深部砂巖真三軸加卸載力學特性　42
2.2.2　深部砂巖常規(guī)三軸“三階段”加卸載下的力學特性　54
2.3　深部建井巖體水巖耦合軟化效應　63
2.3.1　水巖耦合軟化特性實驗研究　63
2.3.2　深部建井巖體與水吸附的微觀特性　67
2.4　深部建井巖體結(jié)構(gòu)效應　74
2.4.1　實驗裝備　74
2.4.2　實驗設計　75
2.4.3　傾斜巖層巷道開挖結(jié)構(gòu)效應　76
2.5　深部建井巖體高應力巖爆效應　85
2.5.1　井巷開挖應變巖爆效應　85
2.5.2　不同斷面形狀井巷開挖巖爆效應　92
2.5.3　深部建井巖體巖爆應力演化模型　104
2.5.4　巖爆能量準則　105
2.6　深部建井突出型復合災害機理　106
2.6.1　實驗裝備　106
2.6.2　實驗設計　107
2.6.3　實驗結(jié)果　108
2.6.4　結(jié)果分析　121
參考文獻　122
第3章　深井含水巖層精細探測與注漿關鍵技術　126
3.1　透明化豎井孔隙裂隙復合含水巖層預測預報技術　126
3.1.1　深井含水巖層綜合探測模式　126
3.1.2　深井含水巖層綜合探測模擬試驗　127
3.1.3　多源信息數(shù)據(jù)融合反演計算方法　135
3.1.4　巖層含水特征三維可視化表達　136
3.2　深井含水巖層微裂隙注漿新材料　139
3.2.1　深井圍巖微裂隙在不同深度下的壓裂-滲流特征　139
3.2.2　深井微裂隙低黏度超細水泥復合漿液　145
3.2.3　深部高壓下微裂隙注漿滲流特性試驗　146
3.2.4　高強、高韌性新型注漿堵水材料　150
3.2.5　微裂隙含水巖層納米注漿材料滲透注漿堵水技術　152
3.3　深井注漿效果震電磁三場耦合高精度檢測評價方法　157
3.3.1　注漿效果震電磁三場特征分析　157
3.3.2　深井震電磁三場耦合注漿效果檢測評價方法與技術　161
3.3.3　注漿效果震電磁三場耦合高精度檢測評價方法　168
參考文獻　173
第4章　深井高效破巖與洗井排渣關鍵技術　175
4.1　深井爆破力學機理研究　175
4.1.1　深部高應力巖體中爆炸應力波的傳播規(guī)律　175
4.1.2　深部高應力巖體爆生裂紋的擴展行為　176
4.1.3　含空孔巖體動載擾動下能量耗散規(guī)律　186
4.1.4　含空孔巖體動載擾動下破壞特征　193
4.2　深井深孔精細化爆破技術　198
4.2.1　深井掏槽爆破應力狀態(tài)　198
4.2.2　高應力對掏槽爆破影響效應的實驗研究　199
4.2.3　深井6m深孔掏槽爆破技術　207
4.2.4　高應力對周邊光面爆破影響規(guī)律研究　224
4.2.5　深井6m周邊聚能藥包控制爆破技術　226
4.3　深井鉆爆法施工機械裝備　231
4.3.1　新型立井全液壓鑿巖鉆機　231
4.3.2　新型立井全液壓抓巖機　239
4.4　深井高效鉆井法關鍵技術與裝備　242
4.4.1　千米深井高應力硬巖鉆具系統(tǒng)　242
4.4.2　鉆井的洗井排渣系統(tǒng)　245
4.4.3　深井高效洗井關鍵技術數(shù)值模擬研究　246
4.4.4　豎井掘進機流體洗井模擬實驗系統(tǒng)及相似模型實驗　254
參考文獻　261
第5章　深井復雜多變地層高效支護關鍵技術　265
5.1　深井井筒凍結(jié)壁大變形設計方法　265
5.1.1　力學模型　266
5.1.2　應力和位移的解　267
5.1.3　計算凍結(jié)壁厚度的新公式　271
5.1.4　工程算例　274
5.1.5　結(jié)論　276
5.2　深井井筒低凍脹力凍結(jié)施工技術　276
5.2.1　特厚土層中凍脹力變化規(guī)律數(shù)值計算研究　276
5.2.2　特厚土層中凍脹力變化規(guī)律模擬實驗計算研究　289
5.2.3　凍結(jié)管受力變形規(guī)律數(shù)值模擬研究　298
5.2.4　分圈異步控制凍結(jié)數(shù)值計算研究　317
5.3　深井井筒高性能砼井壁施工技術　331
5.3.1　配合比實驗研究　331
5.3.2　外壁混凝土早期強度增長規(guī)律的室內(nèi)模擬實驗研究　337
5.3.3　外壁混凝土早期溫度場變化規(guī)律的室內(nèi)模擬實驗研究　341
5.3.4　井壁-泡沫板-凍結(jié)壁的熱、力相互作用規(guī)律研究　350
5.3.5　鋼纖維混凝土井壁施工技術研究　362
5.4　功能梯度材料井壁設計　365
5.4.1　理論分析　365
5.4.2　數(shù)值計算　374
5.4.3　設計方法　419
5.5　3D打印井壁混凝土支護材料與打印工藝　420
5.5.1　配合比實驗研究　420
5.5.2　3D打印井壁混凝土配方的可建造性　435
5.5.3　3D打印混凝土的物理力學性能　438
5.5.4　混凝土井壁3D打印系統(tǒng)　449
5.5.5　3D打印模型混凝土井壁的承載與封水性能　455
參考文獻　458
第6章　深部建井NPR支護新材料及其配套支護技術　460
6.1　深部建井NPR支護新材料　460
6.1.1　1G NPR材料　461
6.1.2　2G NPR材料　467
6.1.3　NPR支護材料的優(yōu)越性　470
6.2　深部井巷開挖補償NPR支護技術　472
6.2.1　開挖補償技術原理　472
6.2.2　開挖補償NPR支護技術與設計方法　473
6.3　深部井筒馬頭門大斷面交叉點NPR支護技術　475
6.3.1　技術原理　475
6.3.2　控制效果分析　476
6.4　深部泵房吸水井集約化硐室群NPR支護技術　486
6.4.1　技術原理　486
6.4.2　控制效果分析　487
參考文獻　507
第7章　深部N00礦井建設　509
7.1　深部N00建井新模式　509
7.1.1　傳統(tǒng)建井模式及存在問題　509
7.1.2　無煤柱自成巷110/N00工法　511
7.1.3　深部N00建井新模式　514
7.2　N00建井采礦工程模型　515
7.2.1　無煤柱自成巷采礦工程模型　515
7.2.2　無煤柱自成巷頂板巖層結(jié)構(gòu)模型　516
7.2.3　無煤柱自成巷頂板變形力學模型　517
7.2.4　組合巖層受力分析模型　520
7.3　N00建井關鍵工藝　521
7.3.1　N00建井留巷整體技術工藝　521
7.3.2　N00建井通風系統(tǒng)模式　523
7.4　N00建井配套關鍵技術與裝備　525
7.4.1　頂板定向預裂切縫技術　525
7.4.2　實體煤側(cè)弧形幫成巷三機配套技術　556
7.4.3　采空區(qū)側(cè)碎石幫成巷四機配套技術　557
7.4.4　N00建井配套裝備　558
參考文獻　559
第8章　深井建設示范　561
8.1　新巨龍煤礦深井建設示范　561
8.1.1　礦井概況　561
8.1.2　工程地質(zhì)條件　561
8.1.3　井筒設計方案　563
8.1.4　實施效果　565
8.2　萬福煤礦深井建設示范　568
8.2.1　礦井概況　568
8.2.2　深豎井高效破巖技術示范　568
8.2.3　泵房吸水井集約化硐室群工程示范　578
8.3　大強煤礦深井建設示范　593
8.3.1　礦井概況　593
8.3.2　工程地質(zhì)條件　594
8.3.3　井筒馬頭門大斷面交叉點工程　596
8.3.4　泵房吸水井工程　602