本书7.3.2节和7.3.3节确定出建腔初期,在同步和不同步注采条件下,矿柱的最小安全宽度均为3W。但由于盐岩的流变效应,在溶腔长期的运营过程中,矿柱肯定会受到腔体变形的影响,为此,本节针对两种注采条件下的矿柱安全,对其进行了长期流变稳定性分析。计算模型及材料参数与前两节相同,矿柱宽度取为已经确定的最小安全宽度,即D=3W。
1.同步注采下矿柱稳定性的流变分析
由前面分析可知,溶腔内压越大,矿柱稳定性越好,为了计算流变对矿柱的最小安全宽度的最大影响,本书采用极端条件进行分析,即两个溶腔在完成本书7.2.2节初期建腔工况后,维持同步溶腔内压值为6 MPa不变,进行20年的流变计算。
图7-36和图7-37分别给出了内夹层界面盐岩和泥岩单元安全系数与流变时间的关系。泥岩单元随流变时间的增加,其安全系数逐渐趋于平均;在流变1年后,对称轴位置的安全系数降低了约1/2;在流变5年直至20年后,整个界面的安全系数接近于1,勉强维持安全。文献[109]指出:在流变载荷作用下,夹层界面的应力进行了重新分布,使得整个夹层界面的应力逐渐趋于均匀,但矿柱中应力在流变5年以后随着流变时间变化很小。这与本书计算的泥岩单元安全系数随流变时间的变化情况是一致的。而盐岩单元安全系数随流变时间稳步提高,这是由于与泥岩相比,盐岩具有良好的流变性,其承受应力可以随变形的增大而得以释放,因而其安全系数有所增加。
图7-36 D=3W,不同流变时间下,夹层界面盐岩单元安全系数SF曲线
图7-37 D=3W,不同流变时间下,夹层界面泥岩单元安全系数SF流变曲线
2.不同步注采下矿柱稳定性的流变分析(www.daowen.com)
本节采取压差最大的条件来计算不同步注采气对矿柱最小安全宽度的影响。在完成初期建腔工况后,左腔维持气压18 MPa,右腔维持气压6 MPa不变,进行20年的流变计算。
图7-38、图7-39给出了最大压差条件下,流变20年盐岩和泥岩单元安全系数与流变时间的关系。二者单元的变化情况与同步采气时类似,在流变初期(前5年),整个界面上安全系数均迅速趋于平均。在流变5年后,泥岩单元安全系数维持在1附近,不再变化,而盐岩单元的安全系数则随流变时间的增加而提高。图7-40给出了对称轴右侧,即低压腔一侧夹层界面的极限最小内摩擦角随流变时间的关系曲线。可以看出,腔体流变对腔内夹层界面的滑移的影响不大,在流变初期5年内,极限最小内摩擦角峰值向围岩移动以外,其大小约为8°,而当流变5年之后,其值基本随流变时间保持不变。
图7-38 D=3W,不同流变时间下,夹层界面泥岩单元安全系数SF流变曲线
图7-39 D=3W,不同流变时间下,夹层界面盐岩单元安全系数SF流变曲线
图7-40 D=3W,不同流变时间下,夹层界面极限最小内摩擦角流变曲线
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