CN109505581B - 适应深度地应力的椭圆井筒设计方法 - Google Patents

适应深度地应力的椭圆井筒设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适应深部地应力的椭圆井筒设计方法，包括：确定椭圆井筒的开设位置和椭圆井筒深度h；检测椭圆井筒位置处地面到深度为h处的所有地应力，并确定最大地应力б1和最小地应力б2；根据最大地应力б1的方向确定椭圆井筒的长轴方向；根据最大地应力б1和最小地应力б2，计算并确定椭圆井筒参数。本发明提供的适应深部地应力的椭圆井筒设计方法，通过对椭圆井筒位置的地应力进行检测，并选择最大地应力和最小地应力对椭圆井筒参数进行确定，能够保证地应力与椭圆井筒产生耦合关系，保证椭圆井筒在使用过程中能够有效克服地应力。

Description

适应深度地应力的椭圆井筒设计方法
技术领域
本发明涉及煤矿配套设施技术领域，特别是一种适应深度地应力的椭圆井筒设计方法。
背景技术
随着资源开采向深部开发，由于立井开拓方式对开采深度、煤层条件、水文地质条件要求不高，采用立井开拓是较为妥当的方式。立井分为主、副井，分别控制煤炭运输、人员及材料运输，是矿井的咽喉，但是当椭圆井筒进入深部以后高地应力及其不均匀性会导致椭圆井筒井壁破坏。地应力的方向与大小对椭圆井筒稳定性有着至关重要的作用，特别是水平应力的大小与方向，现有的椭圆井筒开拓形状主要以圆形为主，在建设过程中基本没有考虑地应力与椭圆井筒形状的耦合作用关系，会造成在应用过程中椭圆井筒受地应力破坏而造成损失。
发明内容
为了解决上述技术问题，而提供一种根据地应力设计椭圆井筒的适应深度地应力的椭圆井筒设计方法。
一种适应深度地应力的椭圆井筒设计方法，包括：
a、确定椭圆井筒的开设位置和椭圆井筒深度h；
b、检测椭圆井筒位置处地面到深度为h处的所有地应力，并确定最大地应力
Figure GDF0000016779270000011
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000012
c、根据最大地应力
Figure GDF0000016779270000013
的方向确定椭圆井筒的长轴方向，根据最小地应力
Figure GDF0000016779270000014
的方向确定椭圆井筒的短轴方向；
d、根据最大地应力
Figure GDF0000016779270000015
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000016
计算并确定椭圆井筒参数。
在c中，椭圆井筒的长轴方向与最大地应力
Figure GDF0000016779270000017
的方向平行，椭圆井筒的短轴方向与最小地应力
Figure GDF0000016779270000018
的方向平行。
在d中：根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数。
在根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数中，还包括根据岩石力学参数进行不同长、短轴的椭圆井筒的相似材料模拟。
在根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数的步骤中，包括：
在模拟椭圆井筒的周围设置应力传感器；
通过所述应力传感器检测预定位置的应力。
所述椭圆井筒深度h的范围为不小于2000m。
在b步骤中，包括以下步骤，根据深度为1/2h到h处的所有地应力确定最大地应力
Figure GDF0000016779270000021
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000022
在d、根据最大地应力
Figure GDF0000016779270000023
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000024
计算并确定椭圆井筒参数中，还包括：在椭圆井筒中设置将椭圆井筒分为两个提升通道的隔板，所述隔板的设置方向与最小地应力
Figure GDF0000016779270000025
的方向平行。
所述隔板的中心线经过长轴与短轴的交点。
在d、根据最大地应力
Figure GDF0000016779270000026
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000027
计算并确定椭圆井筒参数中，还包括：确定椭圆井筒内提升装置的位置，若提升装置的数量为两个，则两个提升装置的提升方向分别经过椭圆井筒的两个焦点。
在检测椭圆井筒位置处地面到深度为h处的所有地应力，并确定最大地应力
Figure GDF0000016779270000028
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000029
中，包括根据设定条件将椭圆井筒位置处的地面到深度为h处范围的地层分为至少两层岩层，并检测每一所述岩层的稳定性参数；
若某一所述岩层的稳定性参数在预定范围外，则在对应的岩层内确定最大地应力
Figure GDF00000167792700000210
和最小地应力
Figure GDF00000167792700000211
所述椭圆井筒为立井。
本发明提供的适应深度地应力的椭圆井筒设计方法，通过对椭圆井筒位置的地应力进行检测，并选择最大地应力和最小地应力对椭圆井筒参数进行确定，能够保证地应力与椭圆井筒产生耦合关系，保证椭圆井筒在使用过程中能够有效克服地应力对椭圆井筒造成的破坏。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一种适应深度地应力的椭圆井筒设计方法，包括：
a、确定椭圆井筒的开设位置和椭圆井筒深度h；
b、检测椭圆井筒位置处地面到深度为h处的所有地应力，并确定最大地应力
Figure GDF0000016779270000031
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000032
c、根据最大地应力
Figure GDF0000016779270000033
的方向确定椭圆井筒的长轴方向，根据最小地应力
Figure GDF0000016779270000034
的方向确定椭圆井筒的短轴方向；
d、根据最大地应力
Figure GDF0000016779270000035
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000036
计算并确定椭圆井筒参数，使得椭圆井筒能够与地应力耦合，保证椭圆井筒在使用过程中的稳定性。
在c步骤中，椭圆井筒的长轴方向与最大地应力
Figure GDF0000016779270000037
的方向平行，椭圆井筒的短轴方向与最小地应力
Figure GDF0000016779270000038
的方向平行，因椭圆的形状结构限制，使长轴方向与最大地应力
Figure GDF0000016779270000039
平行时，能够保证椭圆进行最小形变，进而保证椭圆井筒的整体结构。
在d步骤中：根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数，根据实验结果计算得出椭圆井筒的长轴长度、短轴长度及椭圆井筒壁厚等参数。
在根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数中，还包括根据岩石力学参数进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟，综合考虑岩石力学参数和地应力，对椭圆井筒进行模拟实验，保证实验参数与椭圆井筒位置的真正参数尽可能接近，进而保证真正椭圆井筒的参数的可靠性。
在根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数中，包括在模拟椭圆井筒的周围设置应力传感器；通过所述应力传感器检测预定位置的应力。
所述椭圆井筒深度h的范围为不小于2000m。
在b步骤、检测椭圆井筒位置处底面到深度为h处的所有地应力，并确定最大地应力
Figure GDF00000167792700000310
和最小地应力
Figure GDF00000167792700000311
中，根据深度为1/2h到h处的所有地应力确定最大地应力
Figure GDF00000167792700000312
和最小地应力
Figure GDF00000167792700000313
也即优选根据一定深度的地应力进行确定，以满足椭圆井筒能够适应整个深度的地应力要求。
在d步骤、根据最大地应力
Figure GDF0000016779270000041
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000042
计算并确定椭圆井筒参数中，还包括：在椭圆井筒中设置将椭圆井筒分为两个提升通道的隔板，所述隔板与最小地应力
Figure GDF0000016779270000043
的方向平行，隔板即起到隔离通道的目的，也能够对椭圆的最小地应力方向进行一定支撑，增加椭圆井筒的应力承受能力。
所述隔板的中心线经过长轴与短轴的交点，优选的，所述隔板的横截面的中心处于椭圆井筒的中心处。
在d步骤、根据最大地应力
Figure GDF0000016779270000044
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000045
计算并确定椭圆井筒参数中，还包括：确定椭圆井筒内提升装置的位置，若提升装置的数量为两个，则两个提升装置的提升方向分别经过椭圆井筒的两个焦点，当提升装置的数量为两个时，能够在椭圆井筒的两个焦点处进行提升，两个提升装置能够联动，也能够单独进行提升。
在检测椭圆井筒位置处地面到深度为h处的所有地应力，并确定最大地应力
Figure GDF0000016779270000046
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000047
中，包括
根据设定条件将椭圆井筒位置处的地面到深度为h处范围的地层分为至少两层岩层，并检测每一所述岩层的稳定性参数；
若某一所述岩层的稳定性参数在预定范围外，则在对应的岩层内确定最大地应力
Figure GDF0000016779270000048
和最小地应力
Figure GDF0000016779270000049
若所有所述岩层的稳定性参数均在预定范围内，则在所有所述岩层内确定最大地应力
Figure GDF00000167792700000410
和最小地应力
Figure GDF00000167792700000411
所述椭圆井筒为立井。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种适应深部地应力的椭圆井筒设计方法，其特征在于：包括：
a、确定椭圆井筒的地面开设位置和椭圆井筒深度h；
b、检测椭圆井筒位置处地面到深度为h处的所有地应力，并确定最大地应力б1和最小地应力б2；
c、根据最大地应力б1的方向确定椭圆井筒的长轴方向；
d、根据最大地应力б1和最小地应力б2，计算并确定椭圆井筒参数，确定椭圆井筒内提升装置的位置，使提升装置的提升方向经过椭圆井筒的焦点。
2.根据权利要求1所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：在c步骤中，椭圆井筒的长轴方向与最大地应力б1的方向平行，且使椭圆井筒的短轴方向与所述椭圆井筒的长轴方向垂直。
3.根据权利要求1所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：在d步骤中：根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数。
4.根据权利要求3所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：在根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数的步骤中，包括：根据岩石力学参数进行不同长、短轴的椭圆井筒的相似材料模拟。
5.根据权利要求3或4所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：在根据所测地应力采用与椭圆井筒相似的材料进行不同长、短轴的椭圆井筒模拟实验并确定椭圆井筒参数的步骤中，包括：
在模拟椭圆井筒的周围设置应力传感器；
通过所述应力传感器检测预定位置的应力。
6.根据权利要求1所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：所述椭圆井筒深度h的范围为不小于2000m。
7.根据权利要求1或6所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：在b步骤中，包括以下步骤：
根据距离地面深度为1/2h到h处的所有地应力确定最大地应力б1和最小地应力б2。
8.根据权利要求1所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：在d、根据最大地应力б1和最小地应力б2，计算并确定椭圆井筒参数中，包括：在椭圆井筒中设置将椭圆井筒分为两个提升通道的隔板，所述隔板的设置方向与最小地应力б2的方向平行。
9.根据权利要求8所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：所述隔板的中心线经过长轴与短轴的交点。
10.根据权利要求1所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：在检测椭圆井筒位置处地面到深度为h处的所有地应力，并确定最大地应力б1和最小地应力б2中，包括：
根据设定条件将椭圆井筒位置处的地面到深度为h处范围的地层分为至少两层岩层，并检测每一所述岩层的稳定性参数；
若某一所述岩层的稳定性参数在预定范围外，则在对应的岩层内确定最大地应力б1和最小地应力б2；
若所有所述岩层的稳定性参数均在预定范围内，则在所有所述岩层内确定最大地应力б1和最小地应力б2。
11.根据权利要求1所述的椭圆井筒设计方法，其特征在于：所述椭圆井筒为立井。
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