随着矿井开采深度的不断加大,排水管路的敷设高度也随之增加,支撑梁的尺寸随之增大,数量也随之增多,管路、支撑梁及防弯梁的安全性将直接影响整个排水系统的安全性,并且井筒梁窝数量增多,其受力与变形也必将对井筒的安全性能产生影响。而目前各设计院工程设计中,管路壁厚、支撑梁及防弯梁的设计通常按照规范给出的公式及经验数值来计算,没有根据管路实际受力进行分析设计,因此有必要结合工程实际,运用现代设计方法对管路壁厚、支撑梁及防弯梁进行设计,保证其安全性。本课题主要内容包括以下几个方面:(1)分析研究传统管路壁厚计算公式,明确其适用范围。根据管路现场安装情况,分析其受力,研究由于管路敷设误差导致的管壁弯曲应力对管路壁厚设计的影响。根据第四强度理论推导管路工作与试压不同工况下的、适合超深立井井筒管路壁厚设计公式。应用ansys软件,对按照本文公式设计的管路及按照规范设计的管路进行应力应变分析,对比分析结果,验证本文推导公式的正确性。(2)分析排水管路所受载荷,根据管路实际安装,研究永久载荷、水锤力、与水柱重在梁系中的分配情况,通过具体实例计算出各盘支撑梁所受载荷,并与按照规范得出的载荷进行对比。根据支撑梁的实际受载及安装情况建立托管梁与支撑小梁超静定梁力学模型,且小梁考虑偏心载荷导致的约束扭转。最后建立托管梁有限元模型,进行应力应变分析,分析结果与计算结果进行对比,验证设计结果的正确性。(3)根据钢结构设计规范确定在两盘支撑梁之间设置多道防弯梁时,防弯梁上所承受的荷载,并考虑管路竖直安装误差在防弯梁上产生的附加载荷,建立连续梁力学模型,确定防弯梁受力。根据受力选择合适截面形状,确定截面尺寸。运用ansys对防弯梁进行应力应变分析,研究防弯梁竖直载荷的偏心对梁安全性能产生的影响。(4)分析混凝土井壁所受基本载荷,对设置支撑梁前后的井壁分别建立钢筋混凝土有限元模型,分析设置支撑梁前后梁窝处的应力、应变情况,观察井壁裂缝分布情况,进而得出支撑梁的设置对井壁安全性产生的影响。