煤田地质与勘探

作者：薛维培, 周亚亚, 程桦, 姚直书, 荣传新, 王中建, 吴浩,

关键词：煤矿, 竖井, 井壁混凝土, 三轴压缩, 渗流动态, 损伤力学特性,

目的井壁混凝土作为煤矿竖井衬砌支护结构材料，其渗流性能及力学特性对结构安全至关重要；且由于井壁混凝土处于地下水位以下，所处应力环境与地表混凝土相比存在极大差别。方法为研究三轴受力状态下地下水渗流对井壁混凝土性能的影响，采用配备渗流装置的伺服压力试验机进行水力耦合加载，获得不同位置的渗透率、弹性体积应变、裂纹体积应变、损伤力学等参数。结果和结论渗透率演化经历下降、平稳和上升3个阶段。下降阶段占峰前6.93%，降幅32.21%~67.14%；平稳阶段试件处于弹性状态；上升阶段伴随内部裂纹增多，渗透率最高增幅达到17.55倍。以弹性阶段为分界线，建立前后两部分渗透率随应力演化的数学模型，分别符合指数函数和幂函数关系。根据体积应变曲线特征，确定井壁混凝土加载过程中的起裂应力点和损伤应力点。同围压下孔隙水压增大时，初始渗透率上升均幅为48.94%；起裂应力、损伤应力和峰值应力平均下降5.60%。同孔隙水压下增加围压时，初始渗透率降低均幅为16.62%；起裂应力、损伤应力和峰值应力平均上升25.55%。三轴压缩过程中渗透率演化与损伤发展轨迹相似，损伤增速点略早于渗透率上升点，据此给出渗透率与损伤、孔隙水压之间的计算模型。研究成果对完善煤矿竖井衬砌工程多场耦合理论及保障工程安全具有重要的参考价值。

来源：2026年第2期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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