深部建井力學(xué)

目錄
前言
第1章　深部非均壓建井理論基礎(chǔ)　1
1.1　深部建井難度表征參數(shù)　1
1.1.1　深部建井復(fù)雜地質(zhì)力學(xué)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(guó)外定義　7
1.2.2　國(guó)內(nèi)定義　7
1.2.3　深部建井的科學(xué)現(xiàn)象及定義　8
1.2.4　深部的確定方法　10
1.2.5　難度評(píng)價(jià)　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(yīng)力場(chǎng)點(diǎn)-面結(jié)合分析測(cè)試方法　13
1.3.3　深部非均壓建井初次支護(hù)設(shè)計(jì)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(lèi)　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(xiàn)　26
第2章　深部建井巖體大變形力學(xué)特性及災(zāi)變效應(yīng)　28
2.1　深部建井巖體微觀力學(xué)特性　28
2.1.1　量子力學(xué)計(jì)算分析　28
2.1.2　分子動(dòng)力學(xué)分析　36
2.2　深部建井巖體多場(chǎng)耦合大變形力學(xué)特性　42
2.2.1　深部砂巖真三軸加卸載力學(xué)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(xué)特性　54
2.3　深部建井巖體水巖耦合軟化效應(yīng)　63
2.3.1　水巖耦合軟化特性實(shí)驗(yàn)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(yīng)　74
2.4.1　實(shí)驗(yàn)裝備　74
2.4.2　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)　75
2.4.3　傾斜巖層巷道開(kāi)挖結(jié)構(gòu)效應(yīng)　76
2.5　深部建井巖體高應(yīng)力巖爆效應(yīng)　85
2.5.1　井巷開(kāi)挖應(yīng)變巖爆效應(yīng)　85
2.5.2　不同斷面形狀井巷開(kāi)挖巖爆效應(yīng)　92
2.5.3　深部建井巖體巖爆應(yīng)力演化模型　104
2.5.4　巖爆能量準(zhǔn)則　105
2.6　深部建井突出型復(fù)合災(zāi)害機(jī)理　106
2.6.1　實(shí)驗(yàn)裝備　106
2.6.2　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)　107
2.6.3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果　108
2.6.4　結(jié)果分析　121
參考文獻(xiàn)　122
第3章　深井含水巖層精細(xì)探測(cè)與注漿關(guān)鍵技術(shù)　126
3.1　透明化豎井孔隙裂隙復(fù)合含水巖層預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)　126
3.1.1　深井含水巖層綜合探測(cè)模式　126
3.1.2　深井含水巖層綜合探測(cè)模擬試驗(yàn)　127
3.1.3　多源信息數(shù)據(jù)融合反演計(jì)算方法　135
3.1.4　巖層含水特征三維可視化表達(dá)　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(xì)水泥復(fù)合漿液　145
3.2.3　深部高壓下微裂隙注漿滲流特性試驗(yàn)　146
3.2.4　高強(qiáng)、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(shù)　152
3.3　深井注漿效果震電磁三場(chǎng)耦合高精度檢測(cè)評(píng)價(jià)方法　157
3.3.1　注漿效果震電磁三場(chǎng)特征分析　157
3.3.2　深井震電磁三場(chǎng)耦合注漿效果檢測(cè)評(píng)價(jià)方法與技術(shù)　161
3.3.3　注漿效果震電磁三場(chǎng)耦合高精度檢測(cè)評(píng)價(jià)方法　168
參考文獻(xiàn)　173
第4章　深井高效破巖與洗井排渣關(guān)鍵技術(shù)　175
4.1　深井爆破力學(xué)機(jī)理研究　175
4.1.1　深部高應(yīng)力巖體中爆炸應(yīng)力波的傳播規(guī)律　175
4.1.2　深部高應(yīng)力巖體爆生裂紋的擴(kuò)展行為　176
4.1.3　含空孔巖體動(dòng)載擾動(dòng)下能量耗散規(guī)律　186
4.1.4　含空孔巖體動(dòng)載擾動(dòng)下破壞特征　193
4.2　深井深孔精細(xì)化爆破技術(shù)　198
4.2.1　深井掏槽爆破應(yīng)力狀態(tài)　198
4.2.2　高應(yīng)力對(duì)掏槽爆破影響效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究　199
4.2.3　深井6m深孔掏槽爆破技術(shù)　207
4.2.4　高應(yīng)力對(duì)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(shù)　226
4.3　深井鉆爆法施工機(jī)械裝備　231
4.3.1　新型立井全液壓鑿巖鉆機(jī)　231
4.3.2　新型立井全液壓抓巖機(jī)　239
4.4　深井高效鉆井法關(guān)鍵技術(shù)與裝備　242
4.4.1　千米深井高應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)數(shù)值模擬研究　246
4.4.4　豎井掘進(jìn)機(jī)流體洗井模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及相似模型實(shí)驗(yàn)　254
參考文獻(xiàn)　261
第5章　深井復(fù)雜多變地層高效支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)　265
5.1　深井井筒凍結(jié)壁大變形設(shè)計(jì)方法　265
5.1.1　力學(xué)模型　266
5.1.2　應(yīng)力和位移的解　267
5.1.3　計(jì)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(shù)　276
5.2.1　特厚土層中凍脹力變化規(guī)律數(shù)值計(jì)算研究　276
5.2.2　特厚土層中凍脹力變化規(guī)律模擬實(shí)驗(yàn)計(jì)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(jì)算研究　317
5.3　深井井筒高性能砼井壁施工技術(shù)　331
5.3.1　配合比實(shí)驗(yàn)研究　331
5.3.2　外壁混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究　337
5.3.3　外壁混凝土早期溫度場(chǎng)變化規(guī)律的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)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(shù)研究　362
5.4　功能梯度材料井壁設(shè)計(jì)　365
5.4.1　理論分析　365
5.4.2　數(shù)值計(jì)算　374
5.4.3　設(shè)計(jì)方法　419
5.5　3D打印井壁混凝土支護(hù)材料與打印工藝　420
5.5.1　配合比實(shí)驗(yàn)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(xué)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(xiàn)　458
第6章　深部建井NPR支護(hù)新材料及其配套支護(hù)技術(shù)　460
6.1　深部建井NPR支護(hù)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(hù)材料的優(yōu)越性　470
6.2　深部井巷開(kāi)挖補(bǔ)償NPR支護(hù)技術(shù)　472
6.2.1　開(kāi)挖補(bǔ)償技術(shù)原理　472
6.2.2　開(kāi)挖補(bǔ)償NPR支護(hù)技術(shù)與設(shè)計(jì)方法　473
6.3　深部井筒馬頭門(mén)大斷面交叉點(diǎn)NPR支護(hù)技術(shù)　475
6.3.1　技術(shù)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(hù)技術(shù)　486
6.4.1　技術(shù)原理　486
6.4.2　控制效果分析　487
參考文獻(xiàn)　507
第7章　深部N00礦井建設(shè)　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(wèn)題　509
7.1.2　無(wú)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(wú)煤柱自成巷采礦工程模型　515
7.2.2　無(wú)煤柱自成巷頂板巖層結(jié)構(gòu)模型　516
7.2.3　無(wú)煤柱自成巷頂板變形力學(xué)模型　517
7.2.4　組合巖層受力分析模型　520
7.3　N00建井關(guān)鍵工藝　521
7.3.1　N00建井留巷整體技術(shù)工藝　521
7.3.2　N00建井通風(fēng)系統(tǒng)模式　523
7.4　N00建井配套關(guān)鍵技術(shù)與裝備　525
7.4.1　頂板定向預(yù)裂切縫技術(shù)　525
7.4.2　實(shí)體煤側(cè)弧形幫成巷三機(jī)配套技術(shù)　556
7.4.3　采空區(qū)側(cè)碎石幫成巷四機(jī)配套技術(shù)　557
7.4.4　N00建井配套裝備　558
參考文獻(xiàn)　559
第8章　深井建設(shè)示范　561
8.1　新巨龍煤礦深井建設(shè)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(shè)計(jì)方案　563
8.1.4　實(shí)施效果　565
8.2　萬(wàn)福煤礦深井建設(shè)示范　568
8.2.1　礦井概況　568
8.2.2　深豎井高效破巖技術(shù)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(qiáng)煤礦深井建設(shè)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(mén)大斷面交叉點(diǎn)工程　596
8.3.4　泵房吸水井工程　602