本书是“十三五”国家重点研发计划项目“煤矿深井建设与提升基础理论及关键技术”有关建井方面研究成果的总结。主要内容涉及深部建井岩体力学理论、深井含水岩层精细探测与注浆、深井高效破岩与洗井排渣、深井复杂多变地层高效支护、深部建井NPR支护新材料及其配套支护技术。提出了深部非均压建井新模式，建立了深部不同岩层结构下的井筒力学模型，揭示了深部建井岩体的大变形力学特性及其致灾机理，研发了深井井筒高承载力混凝土、含水岩层微裂隙高强-高韧注浆新材料以及高恒阻NPR锚杆/索系列产品；发展和完善了深部含水岩层预测预报及微裂隙注浆技术、深井深孔精细化爆破技术、深井井筒低冻胀力冻结施工技术、深井井筒高性能砼井壁施工技术、深井井筒马头门及泵房硐室群支护技术以及深井全液压遥控凿岩钻机、深井全液压大容量装岩机等；形成了针对未来深部智能化、无人化开采的无煤柱自成巷N00建井新模式及其配套工艺技术。相关成果构建了深部建井力学理论与技术体系，建成了千米深井示范工程。

前言
第1章深部非均压建井理论基础1
1.1深部建井难度表征参数1
1.1.1深部建井复杂地质力学环境1
1.1.2深部井筒大变形破坏特征2
1.1.3深部巷道破坏特征6
1.1.4深部建井难度表征参数7
1.2深部建井的概念7
1.2.1国外定义7
1.2.2国内定义7
1.2.3深部建井的科学现象及定义8
1.2.4深部的确定方法10
1.2.5难度评价11
1.3深部非均压建井新模式11
1.3.1非均压建井模式11
1.3.2深部地应力场点-面结合分析测试方法13
1.3.3深部非均压建井初次支护设计方法14
1.4深部井筒三维理论模型16
1.4.1深部井筒模型分类16
1.4.2IA型圆形井筒三维理论解17
1.4.3IB型椭圆形井筒三维理论解18
1.4.4Ⅱ型层状岩体圆形/椭圆形井筒三维理论解21
参考文献26
第2章深部建井岩体大变形力学特性及灾变效应28
2.1深部建井岩体微观力学特性28
2.1.1量子力学计算分析28
2.1.2分子动力学分析36
2.2深部建井岩体多场耦合大变形力学特性42
2.2.1深部砂岩真三轴加卸载力学特性42
2.2.2深部砂岩常规三轴“三阶段”加卸载下的力学特性54
2.3深部建井岩体水岩耦合软化效应63
2.3.1水岩耦合软化特性实验研究63
2.3.2深部建井岩体与水吸附的微观特性67
2.4深部建井岩体结构效应74
2.4.1实验装备74
2.4.2实验设计75
2.4.3倾斜岩层巷道开挖结构效应76
2.5深部建井岩体高应力岩爆效应85
2.5.1井巷开挖应变岩爆效应85
2.5.2不同断面形状井巷开挖岩爆效应92
2.5.3深部建井岩体岩爆应力演化模型104
2.5.4岩爆能量准则105
2.6深部建井突出型复合灾害机理106
2.6.1实验装备106
2.6.2实验设计107
2.6.3实验结果108
2.6.4结果分析121
参考文献122
第3章深井含水岩层精细探测与注浆关键技术126
3.1透明化竖井孔隙裂隙复合含水岩层预测预报技术126
3.1.1深井含水岩层综合探测模式126
3.1.2深井含水岩层综合探测模拟试验127
3.1.3多源信息数据融合反演计算方法135
3.1.4岩层含水特征三维可视化表达136
3.2深井含水岩层微裂隙注浆新材料139
3.2.1深井围岩微裂隙在不同深度下的压裂-渗流特征139
3.2.2深井微裂隙低黏度超细水泥复合浆液145
3.2.3深部高压下微裂隙注浆渗流特性试验146
3.2.4高强、高韧性新型注浆堵水材料150
3.2.5微裂隙含水岩层纳米注浆材料渗透注浆堵水技术152
3.3深井注浆效果震电磁三场耦合高精度检测评价方法157
3.3.1注浆效果震电磁三场特征分析157
3.3.2深井震电磁三场耦合注浆效果检测评价方法与技术161
3.3.3注浆效果震电磁三场耦合高精度检测评价方法168
参考文献173
第4章深井高效破岩与洗井排渣关键技术175
4.1深井爆破力学机理研究175
4.1.1深部高应力岩体中爆炸应力波的传播规律175
4.1.2深部高应力岩体爆生裂纹的扩展行为176
4.1.3含空孔岩体动载扰动下能量耗散规律186
4.1.4含空孔岩体动载扰动下破坏特征193
4.2深井深孔精细化爆破技术198
4.2.1深井掏槽爆破应力状态198
4.2.2高应力对掏槽爆破影响效应的实验研究199
4.2.3深井6m深孔掏槽爆破技术207
4.2.4高应力对周边光面爆破影响规律研究224
4.2.5深井6m周边聚能药包控制爆破技术226
4.3深井钻爆法施工机械装备231
4.3.1新型立井全液压凿岩钻机231
4.3.2新型立井全液压抓岩机239
4.4深井高效钻井法关键技术与装备242
4.4.1千米深井高应力硬岩钻具系统242
4.4.2钻井的洗井排渣系统245
4.4.3深井高效洗井关键技术数值模拟研究246
4.4.4竖井掘进机流体洗井模拟实验系统及相似模型实验254
参考文献261
第5章深井复杂多变地层高效支护关键技术265
5.1深井井筒冻结壁大变形设计方法265
5.1.1力学模型266
5.1.2应力和位移的解267
5.1.3计算冻结壁厚度的新公式271
5.1.4工程算例274
5.1.5结论276
5.2深井井筒低冻胀力冻结施工技术276
5.2.1特厚土层中冻胀力变化规律数值计算研究276
5.2.2特厚土层中冻胀力变化规律模拟实验计算研究289
5.2.3冻结管受力变形规律数值模拟研究298
5.2.4分圈异步控制冻结数值计算研究317
5.3深井井筒高性能砼井壁施工技术331
5.3.1配合比实验研究331
5.3.2外壁混凝土早期强度增长规律的室内模拟实验研究337
5.3.3外壁混凝土早期温度场变化规律的室内模拟实验研究341
5.3.4井壁-泡沫板-冻结壁的热、力相互作用规律研究350
5.3.5钢纤维混凝土井壁施工技术研究362
5.4功能梯度材料井壁设计365
5.4.1理论分析365
5.4.2数值计算374
5.4.3设计方法419
5.53D打印井壁混凝土支护材料与打印工艺420
5.5.1配合比实验研究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学性能438
5.5.4混凝土井壁3D打印系统449
5.5.53D打印模型混凝土井壁的承载与封水性能455
参考文献458
第6章深部建井NPR支护新材料及其配套支护技术460


6.1深部建井NPR支护新材料460

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