采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (5): 1109-1122.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0335
张法兴1，骆汀汀1，韩涛1,2，杨维好1，杨志江1，张驰1，张雨1
摘要： 我国西北地区丰富的深部煤炭资源是国家能源安全的重要保障，其典型富水岩层中冻结深立井建设是实现深部煤炭资源安全持续开采的重要前提。在冻结深立井建设过程中，按现行规范设计的冻结双层复合井壁存在井壁厚度激增问题，并由此带来掘砌荒径增加、抗裂防渗性能劣化、工程成本过高等工程难题。为此，基于“内、外壁夹层注微膨胀浆实现联合承载”的创新设计理念，提出一种新型双层联合井壁结构形式，并以陕西高家堡煤矿进风井为原型，依据相似理论开展双层井壁壁间注浆和联合承载超大型物理模拟试验研究，模型井壁尺寸为Φ2 180 mm×3 500 mm，获得不同加载阶段井壁-黏结层的应力-应变演化特征，揭示内、外层井壁联合承载的机理。结果表明：壁间夹层中注微膨胀浆可实现良好的内、外壁黏结效果，7 MPa注浆压力条件下形成的黏结层预压应力可达2.3 MPa；相较于传统的双层复合井壁，新型双层联合承载井壁的抗变形性能显著提升，同尺寸下环向变形和竖向变形标定系数分别提高约52.0%和76.4%。研究结果表明，壁间夹层注微膨胀浆可实现立井内、外壁联合承载效果，黏结层的预压和强约束作用将相对独立的双层井壁转化为具有更高承载力的双层联合井壁承载结构，显著优化井壁厚度，旨在为冻结深立井安全、经济设计和施工提供理论支撑。
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