毕业设计（论文）-反井钻进ansys数值模拟分析.doc

合肥工业大学2010毕业论文 反井钻进ansys数值模拟分析目录目录1中文摘要2英文摘要31. 引 言41.1反井技术概述41.2技术的优越性41.3发展概况41.4施工工艺51.5利用ansys 来进行模拟钻进62. ansys 数值模拟中使用的单元及材料介绍82.1单元介绍82.2材料介绍93. 工程描述及建模123.1 工程概况及地质条件123.2 基本假定与参数123.3 施工工况123.4 有限元模型133.4.1初始状态143.4.2施工过程模拟154. 计算结果154.1 工况1154.2 工况2154.3 工况3174.4 工况4204.5 工况5234.6 工况6274.7 工况7294.8 工况8324.9 工况9334.10工况10 344.11工况11 355. 计算结论37参考文献 40反井钻进ansys数值模拟分析摘要：钻井技术的发展已有100多年的历史，但该技术在我国起步较晚，仅有40多年的历史。钻井技术近几十年来发展较快，也是凿井技术的发展趋势。美国、德国、中国、乌克兰、俄罗斯、澳大利亚、法国、英国、南非、赞比亚、罗马尼亚、波兰、日本等许多国家都在应用、发展这项技术。本文首先对反井钻进的技术、技术优势以及发展概况进行了一定的阐述。其次，本文初步的介绍了通用有限元软件ansys，以及在本文中所使用的单元的属性，材料属性和安全准则的特点及其使用方法。这次我们主要介绍采用ANSYS有限元分析软件进行反井钻进全过程仿真力学分析，以便对围岩的强度进行验证。关键词：ansys，反井，围岩，数值模拟，有限元Abstract：The development of drilling technology has been 100 years of history, but the technology got a late start in our country just for 40years. Drilling developed rapidly in recent decades, and it is the trends of chiseling. The United States, Germany, China, Ukraine, Russia, Australia, France, Britain, South Africa, Zambia, Romania, Poland, Japan and many other countries are applying and developing this technology. In this paper, we first described the ranti-well drilling technology, technical advantage and the development of profiles. Secondly, this paper describes the initial general-purpose finite element analysis software ansys, as well as in this article used in the cell properties, material properties and safety standards of the characteristics of their usage. This time we focus on using the ANSYS finite element analysis software, an anti-well drilling mechanics analysis of the whole process simulation in order to validate the strength of country rock.Keyword：ansys, anti-wells, rock, numerical simulation, finite element1. 引 言1.1 反井技术概述煤炭、冶金、水电及一些市政的建设项目都有大量的反井工程需要施工。传统的反井施工采用普通钻眼爆破技术的吊罐法，如以小断面反井掘进而后自上而下刷大，以及全断面反井法等。近代发展起来的应用反井钻机进行的反井钻进，被认为是采矿技术的最重大的进步之一。反井钻进是一种独特的机械破岩钻凿立井或斜井技术。一般采取自上而下钻进导孔，然后由下向上扩孔刷大的方式。反井技术在矿山中往往用于暗井开凿、竖井延深和贮矿仓开挖。反井技术应用的先决条件必须是待施工工程的下部已有开挖出的巷道。这样，才便于导孔贯通后，扩孔钻头的运输、组装以及扩孔刷大时的排渣、通风及其它作业。1.2 技术的优越性与传统钻爆发比较，反井钻进技术具有以下优点：1. 高度机械化，劳动强度低，节省劳力。机械化钻井，按国外资料其劳力仅是钻爆发施工的三分之一。2. 钻井施工速度快，工效高。连续钻进钻进速度快。机械化施工工效高。3. 井帮不受爆破影响，断面轮廓光洁。井帮光滑、坚固，围岩不受爆破震裂影响一般无需支护，从而相对缩小了断面光滑井帮适于贮存煤、岩，又因其阻力小，可用作通风井。4. 可降低工程成本。据统计，国外反井钻进较钻爆法施工投资可减少百分之十一。我国资料说明，该法成本较吊笼法低百分之十九。5. 安全。工人无需下井作业，由此免受爆破岩体冒落的威胁，避免爆破烟雾以及瞎炮造成的危险。1.3 发展概况1949年德国工程师巴德在现代反井技术方面取得重大突破。50年代开始在北美发展，1962美国在Michigan的Homer Wauseca矿首次完成反井钻进。60年代中期，德国矿业界开始推广应用。世界上使用反井钻进技术近年来日趋广泛。1967年仅有12台反井钻机在使用，1970年增至88台，1977年250台，至1983年已有340台反井钻机在世界25个国家的采矿和建筑界中使用。目前使用反井钻机较多的国家有加拿大、澳大利亚、墨西哥、南非、美国、德国和赞比亚等。钻机直径为0.7到6.4米。美国罗宾斯公司生产的121R型反井钻机，被认为是世界上最大的反井钻机之一，它已成功地钻凿直径3.7米的矿井，深度达925米。中国的冶金矿山和煤矿先后引进反井钻进技术。有色金属矿山目前也已使用不同规格的反井钻机近20台。煤矿系统于1983年在鲍店煤矿；1986年西山矿务局杜瓦坪矿用国产的TYZ-1000型反井钻机施工井底圆筒煤仓，电缆井及溜煤井等；1986年燕子山矿用罗宾斯公司83RM-HE型反井钻机施工通风眼，均获得良好的技术、经济效果。我国煤炭系统研制了LM-12和LM-200型反井钻机，后者于1989年在山东汶南煤矿成功钻成直径1.4米，深316米的反井。1.4施工工艺 1.4.1 工程准备 1. 开挖作业硐室。反井钻机是大型掘进设备，附件又多，应按照设备规格开挖作业硐室。考虑井下具体条件，如受限制，可以设计开挖主机硐室，而将操作台、液压泵站、电控箱等放置于附近巷道。如巷道空间不足，可以挑顶、开帮。 2. 基础设施施工。由于主机重量大，若岩层强度低，可设计钢筋混凝土基础，并埋设钢梁。 3. 供排水系统设计，并完成供电。 4. 安装反井钻机。 1.4.2 导孔施工 1. 导孔开工对防止钻孔偏斜十分重要。应注意扶正钻杆，以小轴压、慢转速钻进，逐步转入正常钻进，避免突然增大钻压和转速。 2. 导孔快掘穿时，有需要减少钻压、转速，防止下水平出现大面积岩石冒落和折断钻杆。 1.4.3 扩孔钻进 1. 导孔结束，更换钻头，反向扩孔。初始，应以小轴压、慢转速钻进，以防偏斜。待全部滚刀切入岩体后，方可转入正常钻进。 2. 为保证钻机及人员安全，扩孔后期应视岩石情况，留出2到3米岩柱，待钻机全部拆除后，该岩柱再用钻爆法拆除。 3. 扩孔结束，下放扩孔钻头，应将钻杆下放到下水平。拆除钻头后，再将钻杆由上部逐节拆除。 至此，钻进工作全部结束。1.5利用ansys来进行模拟钻进ansys软件介绍 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。2. ansys数值模拟中使用的单元及材料介绍2.1单元本次有限元数值模拟分析中我们主要使用的是solid45单元，它是3-D结构实体单元。solid45单元用于构造三维实体结构，它有八个节点,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度，并且可以模拟塑性，蠕变，膨胀，应力强化，大变形和大应变，有用于沙漏控制的缩减积分选项。类似的单元有适用于各向异性材料的solid64单元。Solid45单元的更高阶单元是solid95。图2.1.1 solid45单元的几何描述KEYOPT(1)用于指定包括或不包括附加的位移形函数。KEYOPT(5)和KEYOPT(6)提供不同的单元输出选项。当KEYOPT(2)=1时，该单元也支持用于沙漏控制的均匀缩减（1点）积分。均匀缩减积分在进行非线性分析时有如下好处：相对于完全积分选项而言，单元刚度集成和应力（应变）计算需要更少的CPU时间，而仍能获得足够精确的结果。当单元数量相同时，单元历史存储记录的长度约为完全积分（222）的1/7。非线性分析的收敛性通常远比采用额外位移形状的完全积分要好；即，KEYOPT(1) = 0, KEYOPT(2) = 0。分析结果不会受（由塑性或其它不可压缩材性引起的）体积锁死的影响。采用均匀缩减积分有以下缺点：当采用相同网格进行弹性分析时，结果显然不如完全积分方法精确。采用单层单元时不能很好的得到结构的弯曲特性（例如，一根悬臂 梁，受横向集中力，采用单层单元）。建议采用4层单元。当采用均匀缩减积分选项时（KEYOPT(2) = 1 这和 SOLID185 用 KEYOPT(2) = 1是一样的），应对总能量和沙漏造成的伪能量进行比较以检查结果的精度。如果沙漏能与总能量之比小于 5%，结果一般是可以接受的。如果该比值超过5%，则需细化网格。也可以在求解阶段用 OUTPR,VENG 命令控制总能量和沙漏能。对于SOLID45的说明：1. 单元的体积不能为0。2. 单元结点编号如图，面IJKL和 MNOP也可互换。3. 单元不能扭曲，这样单元就会有两个独立的体。这通常发生在单元结点编号不当时。4. 所有单元都必须有8个结点。 5. 可以通过定义重合的K和L、O和P来形成棱柱形单元。6. 也可以形成四面体单元，其中一个面被缩成一个点。2.2 材料本次有限元数值模拟分析中我们主要使用的是DruckerPrager本构模型, DruckerPrager弹塑性模型是较早提出的且适用于岩体材料的弹塑性本构模型。目前，理想塑性屈服准则常用的有十多种，但在岩土工程中应用较广泛的有MorhCoulomb准则和DruckerPrager准则。鉴于MorhCoulomb准则在计算上存在的困难，弹塑性有限元程序中大都采用DruckerPrager准则。它的最大优点在于采用简单的方法考虑静水压力对屈服强度的影响，模型参数少，计算简单。同时该模型考虑了岩体材料的剪胀性与扩容性。Drucker-Prager屈服准则是对Mahr-coulomb准则的近似，用以修正VonMises屈服准则，即在VonMises表达式中包含一个附加项。其流动准则既可以使用相关流动准则，也可以使用不相关流动准则，其屈服面并不随着材料的逐渐屈服而改变，因此没有强化准则，然而起屈服强度随着侧限压力（静水压力）的增加而相应增加，起塑性行为被假定为理想弹塑性。另外，此种材料考虑了由于屈服引起的体积膨胀，但不考虑温度变化的影响。DruckerPrager准则的屈服函数表示为：式中l1 ,J2分别为应力状态第一不变量和偏应力张量第二不变量。其值为：，K为应力不变量的函数。其值为：式中C、分别为岩体材料的粘聚力和内摩擦角。在ANSYS中Drucker-Prager模型选项的数据表中，需要输入上述3个值：粘聚力C，内摩擦角和膨胀角。以上角度的单位都是度，膨胀角用来控制体积膨胀的大小，对压实的颗粒状材料，当材料受剪时，颗粒将会膨胀，如果膨胀角，则不会发生体积膨胀。如果，材料将会发生严重的体积膨胀，一般来说，是一种比较保守的方法。对于Drucker-Prager模型，其受压屈服强度大于受拉屈服强度。如果已知单轴受拉屈服应力和单轴受压屈服应力，则内摩擦角和粘聚力可表示为：上式中和y 与受压屈服应力和受拉屈服应力的关系为：对于Drucker-Prager模型，其等效应力的表达式为：其中：为平均应力或静水压力；为偏应力；为材料常数；为Mises屈服准则中的。上面的屈服准则是一种经过修正的Mises屈服准则，它考虑了静水应力分量的影响，静水应力（侧限压力）越高，则屈服强度越大。材料常数 的表达式为：屈服准则的表达式为：最后屈服准则的表达式为：对于Drucker-Prager模型，当材料参数，给定后，屈服面为一圆锥面，次圆锥面是六角形的摩尔-库伦屈服面得外切锥面图2.1.1 不同破坏准则在偏平面上的轨迹3. 工程描述及建模3.1 工程概况及地质条件本课题模拟分析了某煤矿风井使用反井钻机进行风井开挖对岩层的影响。下水平已开挖一个8米宽的巷道，用于排渣。起初，使用反井钻机从上水平钻出一个直径300mm的导孔，然后在下水平卸下导孔钻头，加装扩孔钻头反向一次刷大为一个直径5米深50米的通风井。在反向刷大到离地面两米距离时，停止钻进，由下方卸下钻头，拆除钻机，并将最后两米的岩柱采用爆破方式拆除。根据检查孔所提供的数据，该底层主要组成为粘土岩和砂岩，根据土工试验得出的结果，并且可方便计算，取其材料常数为弹性模量E=0.8GPa，泊松比0.38，容重20千牛每立方米，DP模型：粘聚力0.2MPa，内摩擦角60度由于在岩土中开挖产生的影响范围有限，一般规范中影响范围一般取1到2倍井深。在此，有综合考虑，模型的影响范围取一倍井深即50米。钻机在井筒上方，质量忽略不计，井筒下水平预先存在一个已经开挖好的巷道，为简化计算，巷道截面采用方形，并足够大，便于排矸。钻机已将直径300mm的导孔完成。3.2 基本假定与参数位移边界条件的选取，水平方向沿边界向四周各扩展4倍井筒直径，即20m。底部影响区取为10m。根据计算的目的，该模型的整个边界的尺寸可以消除边界效应对计算结果的影响。由于模型对称，本计算区域拟采用非对称结构来进行开挖计算模拟，即取四分之一模型以简化计算。计算中的所有边界均为位移边界条件，其中模型上表面为自由边界，下表面方向为Z方向位移固定，左右边界为X方向位移固定，前后边界为Y方向位移固定。 初始状态中巷道已经开挖完成多时，并默认为围岩在其周围已经自稳。3.3 施工工况根据所研究问题的需要，经过合理简化，确定10个施工阶段。重点来模拟该段井筒在施工过程中井筒的位移，内力的变化。具体施工工况如表所示。序号施工段施工方法距地表深度(m)0初始段拆下导孔钻头，装扩孔钻头501第1段正常钻进第一个五米452第2段第二个五米403第3段第三个五米354第4段第四个五米305第5段第五个五米256第6段第六个五米207第7段第七个五米158第8段第八个五米109第9段第九个五米510第10段钻进至离指定位置剩余2米，停止钻进，拆除钻机，并将剩余的2米采用爆破拆除03.4 有限元模型3.4.1 初始状态根据计算区域及研究问题的需要，模型网格划分共得到26942个单元。模型中土体实体用各项同性体单元模拟，即为solid45单元。初始状态的有限元网格如下图： 图3.4.1.1 地面方向视图 图3.4.1.2地面方向视图细节 图3.4.1.3 沿巷道方向视图 图3.4.1.4 垂直巷道方向视图3.4.2 施工过程的模拟根据前述施工工况，对施工过程进行数值模拟，以下分别为十一个工况，其中第一个工况为初始状态。各施工模拟开挖步如图所示：4. 计算结果井筒反向刷大之前已存在下方巷道跟导孔，岩石在巷道开挖后处于平衡状态，随着本工程钻进过程的进行，岩石应力平衡状态被破坏，应力重新分布。各施阶段的应力计算结果见图。4.1 初始段：由假定此时位移为零，应力处于自平衡状态。初始位移为零，但是有初始地应力。所以以下几个工况在计算中将减去这个工况，来表示准确的围岩位移。围岩应力本来不需要减去初始段的应力，但是下面的结果中依然包含了减去此工况的围岩应力，区主要是为了观察井筒的施工对围岩应力分布的影响，以便于观察应力云图。其数值并不是真实的围岩应力。其次，我们假设下方巷道已经存在很久，其周围围岩已经达到自平衡。并忽略此巷道的初始影响。4.2 第1段：以下分别为x，y方向（巷道的走向即X方向）的位移云图： 由云图可以看出，钻头在钻进第1个5米后产生的XY方向的最大位移分别为0.161mm和0.551mm，位置分别如上图min所示位置。由此可以看出，钻进对周围环境的应力重分布影响非常有限，井筒钻进对周围环境的影响仅仅局限于新钻出的井筒筒壁附近，其它位置影响并不大。Z方向的位移云图（即围岩沉降云图），以下三图分别为轴视图，x向视图：沉降的最大值为0.427mm，发生在新完成的井筒靠近下方巷道侧壁一侧。产生的主要影响范围依然只局限于表面附近。Mises应力云图：等效应力最大为2.45MPa，发生区域为上图红色部分。在下方巷道顶底角会发生部分应力集中的现象，此应力很大，远远超过钻井对围岩产生的二次应力，为方便观察井筒对围岩产生的应力影响，以后的工况中都将初始地应力剪掉。靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大位移分别发生在距井筒下水平大约1米处与大约4米处。此工况由于井筒施工比较少，对围岩的位移应力重分布影响并不明显，只在开挖面局部产生一定的影响，且数值较小。4.3 第2段：以下分别为x方向（巷道的走向即X方向）位移云图和y方向位移云图： 由云图可以看出，钻头在钻进第2个5米后产生的X、Y方向的最大位移分别为0.267mm和0.619mm，位置分别为上图min所示位置。Z方向的位移云图（即围岩沉降云图）：沉降的最大值为0.472mm，发生位置如图所示。并部分发生顶鼓现象（如上图所示）。钻进对周围环境的应力重分布影响非常有限，井筒钻进对周围环境的影响仅仅局限于新钻出的井筒筒壁附近，其它位置影响并不大。井筒径向位移（径缩）如下图所示： 剖视图（主要是关键部位）如下： 1.地下49米处径向位移 2地下46米处径向位移Mises应力云图： 最大应力为2.44MPa。其靠近井壁一侧应力扩展范围较大。从以上各图中可以看出，新钻的井筒对周围环境的位移，应力重分布影响非常有限，井筒对周围环境的影响仅仅局限于井筒下水平靠近巷道壁一侧的岩土中，对周围环境的位移应力分布影响较小。节点路径跟踪曲线如下：靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大径向位移分别发生在距井筒下水平大约1米处与大约6米处，分别为0.619mm和0.267mm。从以上各图中可以看出，新钻的井筒对周围环境的位移，应力重分布影响非常有限，井筒对周围环境的影响仅仅局限于井筒下水平靠近巷道壁一侧的岩土中，对周围环境的位移应力分布影响较小。4.4 第3段：一下分别为x，y方向（巷道的走向即X方向）的位移云图： 由云图可以看出，钻头在钻进第3个5米后产生的XY方向的最大位移分别为0.313mm和0.628mm，位置分别为上图min所示位置。其中沉降的最大值为0.488mm。发生位置为井筒下水平靠近下方巷道壁一侧。井筒径向位移（径缩）如下图所示： 剖视图（主要是关键部位）如下： 1.地下49米处径向位移 2.地下46米处径向位移 3.地下40米处径向位移 4.地下35米处径向位移Mises应力云图： 从以上各图中可以看出，围岩原始应力变化并不大，应力较大处主要集中于下方巷道边角。由于下方巷道属于方形巷道，边角处由于有形状突变，必然产生应力集中。井筒改变了巷道顶部3到5米距离的应力，使其重新分布，并有等效应力减小的趋势，相比较而言，井筒靠近巷道中心线一侧产生位移较小，等效应力却比较大。以下为剖面视图： 1.地下50米处等效应力剖视图 2.地下49米处等效应力剖视图 3.地下48米处等效应力剖视图 4.地下46米处等效应力剖视图为方便观察钻进后对围岩的影响，只保留钻井造成围岩应力的变化云图如下： 1.地下49米处等效应力剖视图 2.地下40米处等效应力剖视图从以上各图中可以看出，新钻的井筒对周围环境的位移，应力重分布影响非常有限，井筒对周围环境的影响仅仅局限于井筒下水平靠近巷道壁一侧的岩土中，对周围环境的位移应力分布影响较小。节点路径跟踪：靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大径向位移分别发生在距井筒下水平大约1米处与大约9米处，分别为0.628mm和0.313mm。从以上各图中可以看出，新钻的井筒对周围环境的位移，应力重分布影响非常有限，井筒对周围环境的影响仅仅局限于井筒下水平靠近巷道壁一侧的岩土中，对周围环境的位移应力分布影响较小。围岩原始应力变化并不大，应力较大处主要集中于下方巷道边角。由于下方巷道属于方形巷道，边角处由于有形状突变，必然产生应力集中。井筒改变了巷道顶部3到5米距离的应力，使其重新分布，并有等效应力减小的趋势，相比较而言，井筒靠近巷道中心线一侧产生位移较小，等效应力却比较大，而井筒靠近巷道壁一侧产生位移较大，等效应力却比较小。4.5 第4段：以下分别为x,y方向（巷道的走向即X方向）的位移云图： 由云图可以看出，钻头在钻进第4个5米后产生的XY方向的最大位移分别为0.328mm和0.629mm，位置分别为上图min所示位置。Z方向的位移云图（即围岩沉降云图）：沉降的最大值为0.499m，发生位置如图所示。钻面发生顶鼓，其数值为0.511mm，产生二次应变的区域主要集中于井筒下水平向上5米范围，并且集中于井筒壁向围岩扩散2到3米范围。井筒径向位移（径缩）如下图所示： 剖视图（主要是关键部位）如下： 1.地下49米处径向位移 2.地下45米处径向位移 3.地下34米处径向位移 4.地下31米处径向位移Mises应力云图： 最大地应力为2.44Mpa。主要作用与巷道边角处。其它位置应力很小，并且分布比较均匀。从以上各图中可以看出，新钻的井筒对周围环境的位移，应力重分布影响非常有限，井筒对周围环境的影响仅仅局限于井筒下水平靠近巷道壁一侧的岩土中，对周围环境的位移应力分布影响依然较小。减去初始地应力的mises应力云图： 剖视图（主要是关键部位）如下： 1.地下49米处等效应力剖视图 2.地下40米处等效应力剖视图下方巷道对井筒应力的影响仅仅局限于井筒下水平8米范围内，离开这个范围，井筒应力分布趋于理想的平面四面受压的中空圆筒弹性力学解。所以井筒下水平受下方巷道挖空的影响将成为危险区域。并且为巷道走向处等效应力最大。并且主要为井筒壁表面。所以应做好井壁的维护工作，防止此处围岩坍方、剥落、滑移节点路径跟踪曲线如下：靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大径向位移分别发生在距井筒下水平大约1米处与大约10米处，分别为0.629mm和0.328mm。以位移判断此处依然为危险位置，相比较与以上工况危险位置基本稳定。在井筒的工作面依然存在顶鼓。4.6 第5段：以下分别为x，y方向（巷道的走向即X方向）的位移云图： 由云图可以看出，钻头在钻进第5个5米后产生的XY方向的最大位移分别为0.332mm和0.628mm，位置分别为上图min所示位置。其中沉降的最大值为0.508mm。井筒径向位移（径缩）如下图所示： 从以上各图中可以看出，径向位移随着井筒的施工在井筒下部产生范围比较大的位移重分布。新钻的井筒对周围环境的位移分布相比较上面工况而言变化不大，井筒对周围环境的影响依然仅仅局限于井筒下水平靠近巷道壁一侧的岩土中，对周围环境的位移应力分布影响较小。围岩原始应力变化并不大，应力较大处主要集中于下方巷道边角。在地下27米处井筒的位移变化基本不受下方巷道影响，而是环状位移云图，接近平板圆孔四面受压的标准弹性力学解。剖视图（主要是关键部位）如下： 1.地下45米处径向位移 2.地下27米处径向位移此工况应力最大位置发生在井筒下部三分之一范围内，且主要偏向于靠近下方中心线一侧的井筒表面。下图为剪掉初始地应力的mises应力云图，我们可以看到井筒受下方巷道形状的影响在MAX所示位置产生局部应力。 1.减去初始地应力的mises应力云图 2.地下45米处等效应力剖视图节点路径跟踪曲线如下：靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大径向位移分别发生在距井筒下水平大约3米处与大约11米处，分别为0.628mm和0.332mm。从以上各图中可以看出，新钻的井筒对周围环境的位移，应力重分布影响范围有所增大，主要区域为井筒下方10米范围内，在水平剖面上产生最大为井筒直径23倍的位移影响区域。4.7 第6段：以下分别为x，y方向（巷道的走向即X方向）的位移云图： 由云图可以看出，钻头在钻进第6个5米后产生的XY方向的最大位移分别为0.332mm和0.627mm，位置分别为上图min所示位置。最大位移几乎没有变化。沉降的最大值为0.517mm，并在钻进面产生顶鼓0.392mm。 其中巷道中心线一侧位移最大处随着井筒不断地开挖而变化，靠近巷道侧壁的位移却基本稳定在一个位置，且为最大值巷道中心线一侧位移最大值的两倍。井筒径向位移（径缩）如下图所示： 云图的变化与上一个工况基本相似。所以在下面的工况中这些云图结果将会被省略。剖视图（主要是关键部位）如下： 1.地下45米处径向位移 2.地下35米处径向位移Mises应力云图：以及减去初始地应力的mises应力云图： 1.Mises应力云图 2.减去初始地应力的mises应力云图剖视图： 1.地下45米处等效应力剖视图 2.地下35米处等效应力剖视图节点路径跟踪曲线如下：靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大径向位移分别发生在距井筒下水平大约3米处与大约11米处，分别为0.627mm和0.332mm。已经趋于稳定。4.8 第7段：钻头在钻进第7个5米后产生的X，Y方向的最大位移分别为0.332mm和0.626mm。沉降的最大值为0.526mm。与之前工况相比变化不大，已经趋于稳定。在此不再继续讨论。节点路径跟踪曲线如下：靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移其应力，应变变化云图与上面几个工况相似。井筒在离开挖面向上5米范围内产生部分顶鼓，最大值发生在开挖面中心表面处。在离开挖面以上5米范围内径缩现象发生相比较不明显，靠近巷道中心线一侧路径一到十米处位移变化梯度较大，其中开挖面以下3米范围内位移变化梯度很大。4.9 第8段：钻头在钻进第8个5米后产生的XY方向的最大位移分别为0.332mm和0.625mm，沉降的最大值为0.534mm。与之前工况相比变化不大，已经趋于稳定。与之前的工况相比并没有多大变化。节点路径跟踪曲线如下：靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大径向位移分别发生在距井筒下水平大约3米处与大约11米处，分别为0.992mm和0.332mm。靠近巷道壁一侧距下水平3米处径向位移突然增加，并在这个范围内产生较大的位移变化梯度。而靠近巷道中心线一侧基本稳定，与其他工况相比没有产生多少变化。4.10 第9段：钻头在钻进第9个5米后产生的XY方向的最大位移分别为0.332mm和0.625mm，沉降的最大值为0.534mm。节点路径跟踪靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大径向位移分别发生在距井筒下水平大约3米处与大约11米处，分别为0.990mm和0.332mm。4.11 第10段：钻头在钻进第10个5米后产生的XY方向的最大位移分别为0.331mm和0.622mm，位置分别为上图min所示位置。沉降的最大值为0.552mm。井筒径向位移（径缩）剖视图（主要是关键部位）如下： 1.地下45米处径向位移 2.地下35米处径向位移 3.地下30米处径向位移 4.地下20米处径向位移Mises应力云图： 减去初始地应力的mises应力剖视图： 1.地下45米处等效应力剖视图 2.地下40米处等效应力剖视图节点路径跟踪曲线如下：靠近下方巷道侧壁一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移 靠近下方巷道侧壁一侧的井筒沉降位移 靠近下方巷道中心线一侧的井筒径向位移由曲线可以看出，最大径向位移分别发生在距井筒下水平大约3米处与大约11米处，分别为0.989mm和0.330mm。5. 计算结论综合以上计算结果，我们可以看出，10个工况中径向位移最大处全部发生在井筒靠近下方巷道壁一侧距巷道上水平23米处，而等效应力最大处为靠近巷道中心线一侧距下方巷道上水平约5米处。围岩沉降最大处为井筒靠近下方巷道壁一侧距巷