深井冻结井筒采用泡沫塑料夹层对冻结外力的影响

一、实测的几个结果合理的深井冻结井壁是设计者普遍关心的问题.目前,我国两淮地区施工的井筒大多采用多层复合井壁的结构形式.由于冻结井壁要释放能量,为了减小冻结压力破坏作用的影响和提高外层井壁早期强度的要求,外层井壁已普遍采用砌块夹木屑板或砂浆砌体的结构形式.这种情况在粘土层中更为普遍.为了探索用泡沫塑料板作为可缩保温层给外层井壁带来的好处,我们在淮南谢桥矸石井垂深237m处的粘土层中作了测量.井     

斜井冻结和解冻全过程温度场演化规律研究

针对斜井冻结中存在的井壁浇筑水化热释放、局部冻结方式等问题,采用数值模拟和现场实测方法对袁大滩煤矿副斜井冻结和解冻全过程温度场的发展演化规律进行了研究,对斜井支护方式、停止冻结时间和局部冻结结构形式进行了探讨。结果表明,局部冻结时在非冻结段采用小尺寸冻结管或聚氨酯发泡方式的局部冻结效果并不理想,建议将局部冻结管做成双层套管,两层冻结管之间设置保温层,以维持聚氨酯材料的保温性能、减少冻土体积、减少制冷量的额外消耗|井壁水泥水化热的释放会造成井壁内部温度较高和周围的冻土融化,建议在外层井壁和冻土之间设置木背板或泡沫板等隔热材料,防止井壁内外温差过大而产生温度裂缝|根据井壁强度增长情况,确定合理的停止冻结时机。     

斜井冻结和解冻全过程温度场演化规律研究

针对斜井冻结中存在的井壁浇筑水化热释放、局部冻结方式等问题,采用数值模拟和现场实测方法对袁大滩煤矿副斜井冻结和解冻全过程温度场的发展演化规律进行了研究,对斜井支护方式、停止冻结时间和局部冻结结构形式进行了探讨。结果表明,局部冻结时在非冻结段采用小尺寸冻结管或聚氨酯发泡方式的局部冻结效果并不理想,建议将局部冻结管做成双层套管,两层冻结管之间设置保温层,以维持聚氨酯材料的保温性能、减少冻土体积、减少制冷量的额外消耗|井壁水泥水化热的释放会造成井壁内部温度较高和周围的冻土融化,建议在外层井壁和冻土之间设置木背板或泡沫板等隔热材料,防止井壁内外温差过大而产生温度裂缝|根据井壁强度增长情况,确定合理的停止冻结时机。     

冻结立井爆破冻结壁成形控制与井壁减振研究

控制爆破动载荷对冻结管、冻结壁及井壁的扰动和破坏是冻结井筒施工的重要环节。以万福矿井筒掘进工程为依托,采用周边眼普通光面爆破、半圈切缝药包和整圈切缝药包3种形式,运用多重分形理论,提取了3种条件下冻结壁成形图像多重分形谱特征参数;利用频率切片小波实现了3方案下不同频带信号重构;通过小波包算法对井壁爆破振动进行了监测分析,获取了相应信号频带能量分布。结果表明:多重分形谱可用来客观评价切缝药包对冻结壁的护壁作用;井壁振动信号主频较地面爆破振动高,通常在150 Hz左右;随着频率的升高,井壁振动信号振幅和能量都不断降低;在低频段(0~250 Hz),相对于周边眼普通光面爆破,半圈切缝药包能量降低了41.54%,整圈切缝药包能量降低了52.42%,切缝药包在低频段具有显著的"吸能"作用;在中频段(300~500 Hz),由于半圈切缝药包装药能量释放不均衡及井筒结构体非严格对称导致频带能量出现了"选择放大"效应;在高频段(700~900 Hz),能量沿高程"区域集中"现象说明切缝药包的减振效果更多地体现在爆破近区。验证了切缝药包的减振和对冻结壁的护壁作用。     

深厚冲积层冻结法凿井冻胀应力模型试验研究

井筒穿过深厚冲积层常采用冻结法施工,但冻结过程中冻胀应力的积聚与释放可危害外层井壁和冻结管安全,甚至造成工程事故。基于以上问题,利用物理模型试验,研究了井壁侧、冻结壁内部不同位置,冻结壁外侧的温度场分布情况及其冻胀应力形成特性和分布特征。研究结果表明,冻结壁交圈后土体的冻胀对井壁位置处的土体有显著的挤压作用,主冻结孔圈附近冻胀应力增幅值较大,冻结壁内侧冻胀应力也受主冻结孔圈冻结壁影响。     

基于Kelvin损伤模型的侏罗系地层冻结压力理论解

基于黏弹塑性理论和侏罗系冻结岩石表征为不稳定蠕变的试验结果,将冻结壁视为理想的黏弹塑性体,引进Kachnov损伤理论,建立侏罗系冻结岩石广义Kelvin弹塑性损伤模型.依据模型,在分析冻结壁与井壁及外围岩体共同作用的基础上,推导出侏罗系地层冻结壁塑性区半径和冻结压力p1隐式表达,揭示作用于井壁上的冻结压力分布规律.将冻结岩石蠕变试验曲线拟合参数代入理论公式计算出冻结压力,并与现场实测结果进行对比,验证所提出的理论公式合理性,其对今后侏罗系地层冻结壁和井壁结构设计具有理论指导意义.     

深厚冲积层冻结法凿井井壁设计中冻结压力取值探讨

我国冻结法凿井井筒先后穿过500m、600m、700m冲积层,现有规范只有小于500m冲积层的冻结压力取值方法。冻结压力是外层井壁强度和厚度设计的主要计算荷载,研究确定大于500m冲积层冻结压力标准值取值,对外层井壁科学合理设计和井壁安全施工具有重要的理论和现实意义。文章基于国内对深厚冲积层冻结井冻结压力实测结果分析研究,提出大于500m深厚冲积层冻结井外层井壁设计中冻结压力标准值取值方法,可供外层井壁结构设计和施工参考。     

深井冻结壁与外井壁共同作用的理论分析和计算方法

目前设计计算冻结壁所沿用的拉麦公式或多姆克公式,都是把冻结壁看作内表面裸露的厚壁圆筒,而未考虑双层井壁结构中的外层井壁对冻结壁的作用,因此其计算结果偏于安全,并且随着冻结深度增加冻结壁厚度的计算值也过大。本文认为,在冻结井筒中,冻结壁与外井壁可共同承受周围地压,它们可作为复合结构按一个共同作用的受力系统来设计。     

深厚冻结井壁壁间前注浆机理与应用

实测了焦作煤业(集团)有限责任公司赵固一矿526 m深厚冲积层冻结井内、外层井壁温度.研究得出,在套内壁结束至冻结壁解冻透水前,有2个时间段壁间处于正温度状态,能实施透水前壁间注浆.前注浆的井壁密实度高,井壁结构整体性强,能有效防止解冻后壁间充水,改变后注浆的由内层井壁单独承载水压为井壁全厚承载水压的作用.基于前注浆井壁作用机理提出并采用“按前注浆压力计算内层井壁厚度”的新方法,优化了副、风井井壁厚度设计,比初设按常规的静水压力计算选取内层井壁厚度减薄150和100 mm.研究和工程应用表明,前注浆能充分发挥井壁的整体作用能力和强度.     

冻结井可缩性井壁接头力学特性研究及其应用

针对丁集煤矿特殊的地层条件,为防止井壁在冻结壁融沉和地层疏水沉降时发生破裂,在井壁设计时采用竖向可缩性井壁结构,并提出了一种新型冻结井可缩性井壁接头形式.通过试验和数值计算表明：在竖向附加力作用下,该接头具有良好的竖向压缩变形特性、很强的抗侧压能力和可靠的防水、防漏性能,并且实验结果与数值计算结果基本一致.该研究成果已应用于丁集煤矿的三个立井井筒.     

可缩性井壁结构稳定性探讨

冻结法施工竖井的井壁结构稳定性计算,按结构型式可分为自由变形圆环计算(整浇混凝土井壁或装配式井壁接头能传递全部内力)及多绞圆环计算(装配式井壁).复合井壁为国外七十年代先进技术,其外层井壁为可缩性井壁,内层为整浇混凝土井壁.可缩性井壁由混凝土预制块夹可缩性垫板干砌而成,其稳定性计算应按弹性徐变体(混凝土)多绞圆环计算.     

冻融温度场作用下既有井壁受力变形规律研究

根据宁东地区麦垛山煤矿既有井壁条件下井筒施工面临的问题,通过数值模拟的方法,研究了麦垛山副井侏罗系地层冻融过程中冻结壁冻胀力以及既有井壁受力变形的规律,得到了冻结与强制解冻交互作用下,井壁不同特征点径向应力应变和切向应力应变分布规律,结果表明采用强制解冻可以有效控制井壁周围冻土的位移,减小井壁周围土体所施加的压力,从而释放冻胀压力,达到有效保护井壁的目的。     

程村矿主副井深厚冲积层冻结凿井技术

程村矿主副井深厚冲积层冻结凿井,从优化井壁结构及冻结方案入手,采用低水化热高强高性能混凝土筑壁,有效控制井壁厚度和冻结壁强度,实现国内已建成冻结井冲积层最厚和冻结最深,无断裂冻结管,无压坏井壁以及井壁混凝土无裂纹、无淋水,经济效益十分显著.     

深井冻结复合井壁的设计计算方法

论述深井冻结复合井壁的设计原则、公式与计算.     

袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工技术研究

以袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工为工程背景,研究冻结施工、凿井施工技术及安全措施。冻结施工采用分段冻结、异径管局部冻结工艺,利用多姆克公式计算冻结壁厚度,分析确定不同冻结段冻结壁的厚度。井筒掘砌施工采用掘进、浇筑外层井壁循环作业,循环段长为6 m,内层井壁与掘进、外层井壁施工前后平行作业。为防止施工过程中出现溃水、火灾等事故,在井壁接茬处埋设橡胶止水带,错开内、外层井壁混凝土接茬位置,合理布置切割冻结管设备。     

袁大滩煤矿冻结斜井受力实测与分析

袁大滩煤矿副斜井净宽5.5m,净高4.55m,所穿地层主要为纯砂层。井筒冻结段自垂深16.12m起,至垂深85.17m止,冻结斜长611m,冻结段倾角6°,采用5排孔垂直冻结方式。冻结区段划分为15段,平均40m一段。井筒施工中,对冻结井壁温度、压力及内壁变形进行了现场实测分析。结果表明:井壁浇筑所释放的水化热对井壁温度、压力及应变有明显影响;井壁测试元件埋设70~80d后,顶板、侧帮与底板的压力与应变都趋于稳定,冻结壁已完全失去承载能力;140d后,冻结壁已完全解冻。     

深厚基岩立井冻结井壁的研究

立井基岩冻结井壁的理论计算至今尚处于探索阶段,根据孟村矿井对回风立井冻结压力和水压力的监测结果,对作用于立井井壁荷载给出了相应的公式,并从工程实践对检测结果结论进行了客观的分析,从而揭示了利用中东部表土层冻结井壁结构设计理论应用在西部深厚基岩上存在的相关问题。该研究为我国西部矿区立井基岩冻结井壁的设计提供了借鉴。     

祁南矿副井井壁破裂原因分析与卸压槽结构设计

针对淮北矿务局祁南矿副井井筒施工期间出现内层井壁破裂的情况，对冻结井壁的受力特点以及井壁的竖向荷载进行分析计算。结果表明：内井壁所受外井壁的竖向附加力不足以引起内井壁的破裂，但冻结外层井壁卸压槽结构应具有抗抵井壁自重的能力。     

祁南矿井井壁破裂原因分析与卸压槽结构设计

针对淮北矿务局祁南矿副井井筒施工期间出现内层井壁破裂的情况，对冻结井壁的受力特点以及井壁的竖向荷载进行分析计算。结果表明：内井壁所受外井壁的竖向会加力不足以引起内井壁的破裂，但冻结外层井壁卸压槽结构应具有抗抵自重的能力。     

郭屯煤矿主井冻结法凿井信息化监测技术研究

郭屯煤矿主井冻结冲积层厚度为587.5 m,是目前世界上冻结冲积层厚度最大的井筒.凿井过程中,为保证冻结壁和井壁安全,实现安全快速施工,开展了信息化施工技术研究.通过现场实测,获得了凿井过程中上部已成型外层井壁段的温度、受力与变形,掌握了深部冻结井壁的径向荷载、钢筋轴力、混凝土应变的变化规律.在此基础上,评价冻结壁和井壁的安全状况,为凿井过程中的工程决策提供了科学依据.实测成果表明,冻结井筒外层井壁径向荷载受深度、土层特性、冻结情况和井壁结构等因素的影响.本文成果对于深厚冲积层建井工程有重要意义,为探索深部(冻)土的力学特性积累了丰富资料.