基于极限平衡理论的井壁荷载设计研究

孟立波

(山东科技大学土木建筑学院，山东青岛 266590)

0 引言

我国是产煤大国，也是煤炭消费的大国，井筒是矿井最重要的工程构筑物，是矿井生产的咽喉要道，因此保障井筒的正常运行对矿业生产的安全进行意义重大。确定井壁荷载是井壁结构设计的前提和基础，通过实践表明传统井壁荷载方法对井壁荷载确定不够准确，尤其是对西部深厚弱胶结软岩地区缺乏合理的设计依据。

主要表现为:

1)传统荷载设计值偏大，井壁荷载随着井筒深度线性增加并且不适用。现场实测数据表明，传统方法计算值明显大于现场实测值。

2)传统计算方法对巨厚软岩不适用性。实际计算过程中大多采用土层相关计算公式，所求荷载过于保守。

3)传统计算方法难以确定与荷载计算相关的工程地质参数。

因此本文基于波兰井壁荷载设计方法，通过煤矿监测数据对其进行修正，得出了适用于中西部地区弱胶结软岩的井壁荷载设计公式。

1 计算公式

现场实测数据表明，作用在井壁上的荷载并不是随深度不断增长的，当超过一定深度后，井壁荷载基本保持不变。因此，本文将井壁荷载分为三部分:零荷载段、荷载增长段、荷载稳定段，相应的有临界深度和极限深度。在临界深度以上荷载较小，可以忽略不计，为荷载零段;在临界深度以下至极限深度为荷载增长段;极限深度以下为荷载稳定段。

1.1 临界深度的确定(Zkr)

对致密岩层:

对松散地层:

其中，Kk为岩石结构削弱系数，取决于地层厚度h。……