地下水渗流作用下斜井围岩稳定性演化机制与控制OA

【背景】西部矿区已成为我国的煤炭主产地,处在西部的千万吨矿井中有多个矿井采用斜井开拓。由于斜井斜穿多层含水层,许多煤矿斜井出现了不同程度的井壁破裂与突涌水灾害。【方法】为探明地下水渗流对斜井围岩稳定性的影响,利用现场调研、理论分析与数值模拟的手段对陕北小纪汗煤矿富水影响段主斜井井壁稳定性进行研究。【结果和结论】通过理论分析得到支护与地层水压作用下水浸弱化前后井筒周边围岩在不同极角下的塑性区发育规律,分析表明塑性区发育近似为“蝶形”,在0°~45°、135°~225°与315°~360°内塑性区发育较大,在45°~135°与225°~315°内塑性区发育较小,且水浸弱化使得塑性区发育半径从5.8 m升高至8.0 m;建立水浸软化流固耦合模型,阐述井壁-围岩遇水劣化机理,随着井壁强度的弱化,井筒断面塑性区发育并沟通含水层,含水层水进一步弱化井筒围岩,使围岩塑性区和变形量大幅度增加,最终将导致井壁失稳;针对穿含水层斜井,提出不同井壁强度下的注浆治理方案,基于改变注浆范围内围岩力学参数与渗透系数的方法对注浆效果进行模拟,模拟结果表明注浆加固围岩强度和封堵含水层裂隙后显著提升了斜井井壁的稳定性。提出的注浆加固堵水方案通过现场应用实现了井壁涌水大幅度减小。