●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1
1.1.1深部建井復雜地質力學環境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7
1.2深部建井的概念7
1.2.1國外定義7
1.2.2國內定義7
1.2.3深部建井的科學現像及定義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
1.4.2IA型圓形井筒三維理論解17
1.4.3IB型橢圓形井筒三維理論解18
1.4.4Ⅱ型層狀岩體圓形/橢圓形井筒三維理論解21
參考文獻26
第2章深部建井岩體大變形力學特性及災變效應28
2.1深部建井岩體微觀力學特性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深部建井岩體多場耦合大變形力學特性42
2.2.1深部砂岩真三軸加卸載力學特性42
2.2.2深部砂岩常規三軸“三階段”加卸載下的力學特性54
2.3深部建井岩體水岩耦合軟化效應63
2.3.1水岩耦合軟化特性實驗研究63
2.3.2深部建井岩體與水吸附的微觀特性67
2.4深部建井岩體結構效應74
2.4.1實驗裝備74
2.4.2實驗設計75
2.4.3傾斜岩層巷道開挖結構效應76
2.5深部建井岩體高應力岩爆效應85
2.5.1井巷開挖應變岩爆效應85
2.5.2不同斷面形狀井巷開挖岩爆效應92
2.5.3深部建井岩體岩爆應力演化模型104
2.5.4岩爆能量準則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實驗結果108
2.6.4結果分析121
參考文獻122
第3章深井含水岩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岩層預測預報技術126
3.1.1深井含水岩層綜合探測模式126
3.1.2深井含水岩層綜合探測模擬試驗127
3.1.3多源信息數據融合反演計算方法135
3.1.4岩層含水特征三維可視化表達136
3.2深井含水岩層微裂隙注漿新材料139
3.2.1深井圍岩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微裂隙含水岩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章深井高效破岩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深部高應力岩體中爆炸應力波的傳播規律175
4.1.2深部高應力岩體爆生裂紋的擴展行為176
4.1.3含空孔岩體動載擾動下能量耗散規律186
4.1.4含空孔岩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深井鑽爆法施工機械裝備231
4.3.1新型立井全液壓鑿岩鑽機231
4.3.2新型立井全液壓抓岩機239
4.4深井高效鑽井法關鍵技術與裝備242
4.4.1千米深井高應力硬岩鑽具繫統242
4.4.2鑽井的洗井排渣繫統245
4.4.3深井高效洗井關鍵技術數值模擬研究246
4.4.4豎井掘進機流體洗井模擬實驗繫統及相似模型實驗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計算凍結壁厚度的新公式271
5.1.4工程算例274
5.1.5結論276
5.2深井井筒低凍脹力凍結施工技術276
5.2.1特厚土層中凍脹力變化規律數值計算研究276
5.2.2特厚土層中凍脹力變化規律模擬實驗計算研究289
5.2.3凍結管受力變形規律數值模擬研究298
5.2.4分圈異步控制凍結數值計算研究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律的室內模擬實驗研究337
5.3.3外壁混凝土早期溫度場變化規律的室內模擬實驗研究341
5.3.4井壁-泡沫板-凍結壁的熱、力相互作用規律研究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數值計算374
5.4.3設計方法419
5.53D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
5.5.23D打印井壁混凝土配方的可建造性435
5.5.33D打印混凝土的物理力學性能438
5.5.4混凝土井壁3D打印繫統449
5.5.53D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
●
●……
本書是“十三五”國家重點研發計劃項目“煤礦深井建設與提升基礎理論及關鍵技術”有關建井方面研究成果的總結。主要內容涉及深部建井岩體力學理論、深井含水岩層精細探測與注漿、深井高效破岩與洗井排渣、深井復雜多變地層高效支護、深部建井NPR支護新材料及其配套支護技術。提出了深部非均壓建井新模式，建立了深部不同岩層結構下的井筒力學模型，揭示了深部建井岩體的大變形力學特性及其致災機理，研發了深井井筒高承載力混凝土、含水岩層微裂隙高強-高韌注漿新材料以及高恆阻NPR錨杆/索繫列產品；發展和完善了深部含水岩層預測預報及微裂隙注漿技術、深井深孔精細化爆破技術、深井井筒低凍脹力凍結施工技術、深井井筒高性能砼井壁施工技術、深井井筒馬頭門及泵房硐室群支護技術以及深井全液壓遙控鑿岩鑽機、深井全液壓大容量裝岩機等；形成了針對未來深部智能化、無人化開采的無煤柱自成巷N00建井新模式及其配套工藝技術。相關成果構建了深部建井等
