新建井筒小保护煤柱条件下变形机理与抗变形理论研究

随着矿井开采水平的不断延伸，矿井的通风压力和提升压力越来越大，在深部新建井筒是缓解这一问题的重要途径。然而深部新建井筒保护煤柱显著加大，压煤量剧增，严重制约着采区工作面的布置和矿井的可持续发展，又成为了现场新面临的技术难题。本研究拟采用现场监测、理论分析、数值计算、抗变形实验等多种研究手段，通过对井筒在采动影响下的变形机理及井筒抗变形理论的系统研究，寻求新建井筒抗变形技术与措施，以实现深部新建井筒小煤柱保护（即缩小井筒保护煤柱），最大限度地解放煤炭资源，并确保井筒的长久安全运行。本研究不仅丰富了抗变形理论与技术，解放了大部分井筒压煤，而且其小煤柱保护技术体系必将成为今后解决深部"三下"压煤的技术发展趋势，具有重要的意义和广泛的应用前景。

随着矿井开采水平的不断延伸，矿井的通风压力和提升压力越来越大，在深部新建井筒是缓解这一问题的重要途径。然而深部新建井筒保护煤柱显著加大，压煤量剧增，严重制约着采区工作面的布置和矿井的可持续发展，又成为了现场新面临的技术难题。矿井建设抗变形井筒留设小保护煤柱是解决该技术难题的有效途径。然而目前国内外对于矿井新建井筒采用小煤柱保护尚无先例，需要在新建井筒小保护煤柱留设方法、井筒变形机理研究、抗变形技术措施等方面开展系统深入的研究。本课题的研究取得了如下主要研究成果：.（1）采用数值模拟计算，分析了小保护煤柱条件下井筒的采动变形规律。处于小煤柱保护的井筒位于支撑压力带，竖向上处于压缩变形，能够有效避免对井筒造成致命破坏的竖向拉伸和错动等变形；小保护煤柱处支撑压力相互叠加，容易引起煤柱失稳，留设小保护煤柱时必须保证其长期稳定性；井壁竖向压缩变形往往集中在断层、煤层、泥岩等软弱面上，应加强井壁在软弱岩层处的防护措施研究。.（2）结合井筒煤柱开采数据，总结了井壁的采动变形、破坏规律，研究分析了井壁与围岩的共同作用机理，研究表明，井筒在竖向上从受荷变形到破坏的过程中，立井井壁只在一定限度内跟随岩体变形，然后是在摩擦力作用下发生塑性变形甚至破坏。.（3）提出了新建井筒小保护煤柱的留设原则及必要的安全措施。从保证小保护煤柱稳定性、控制井筒竖向压缩变形等角度，建立了新建井筒留设小保护煤柱的计算方法和计算公式。.（4）系统研究了新建井筒抗采动变形技术，形成了小保护煤柱条件下新建井筒抗变形技术体系。措施包括：柔性措施主要采用用于吸收井筒竖向压缩变形的可缩层新材料—橡胶砖，该材料能够较好的满足新建井筒对可缩性井壁高性能、新标准的要求；刚性措施主要对井壁采用双排钢筋混凝土结构，并增加井壁的配筋量和混凝土标号、适当加大井壁的厚度。.（5）研究并提出了新建井筒及附属建（构）筑物以及设备的安全保护技术措施，包括井下安全开采措施、井筒附属设施的保护措施以及新建井筒安全监测技术措施。.课题取得了突破性的创新性成果，研究成果不仅丰富了抗变形理论与技术，解放了大部分井筒压煤，而且其小煤柱保护技术体系必将成为今后解决深部"三下"压煤的技术发展趋势，具有重要的指导意义和广泛的应用前景。