深厚冲积层钢筋混凝土井壁结构参数灰色关联分析及模糊综合选优

针对淮南某矿区深厚冲积层钢筋混凝土井壁模型进行极限承载力试验,发现影响井壁极限承载力的主要因素为混凝土抗压强度、厚径比和配筋率。结合模糊数学理论改进传统的灰色关联分析法,修正关联系数及关联度,给出指标模糊权重的算法公式。在此基础上,以混凝土抗压强度、厚径比、配筋率和极限承载力4项参数为评价指标,采用改进后的灰色关联分析法对井壁模型进行模糊加权综合评判,按最终评价值得出模型优劣排序。     

深厚冲积层冻结井筒可靠性的模糊随机灵敏度分析模型

可靠性灵敏度分析对深部地下工程的施工安全至关重要.在模糊随机可靠性理论的基础上,将常规的灵敏度分析模型进行模糊随机优化,获得模糊随机可靠性灵敏度的均值和标准差的数值计算模型.根据深厚冲积层冻结井筒结构抗力和荷载的模糊随机分析,综合考虑各变量参数的不确定性,建立土层埋深、冻结温度、混凝土抗压强度、土体含水量、井筒厚径比、冻结壁厚度和配筋率对深厚冲积层钢筋混凝土井筒结构可靠性的模糊随机灵敏度分析模型.工程算例表明,优化后的模糊随机灵敏度以模糊区间值表示各参数对钢筋混凝土冻结井筒整体结构可靠性的影响程度,比传统灵敏度的定值表征方式更具有工程合理性.此外,通过对比各参数的模糊随机灵敏度数值计算结果可知,影响深厚冲积层钢筋混凝土井筒可靠性的主要因素,按重要程度依次是土层埋深、冻结温度、混凝土抗压强度、土体含水量、井筒厚径比、冻结壁厚度和配筋率.同时,模糊随机灵敏度分析还具有正负符号特征,说明在实际工程中土层埋深、混凝土抗压强度、土体含水量、井筒厚径比和配筋率与井筒可靠性呈同向变化关系,而冻结温度和冻结壁厚度与井筒可靠性则呈反向变化关系.     

深厚冲积层冻结井筒外层井壁结构可靠性分析

双层高强钢筋混凝土井壁是我国深厚表土层冻结法凿井中的主要支护结构,为了优化冻结井筒高强井壁可靠性设计,采用概率极限状态设计方法替代传统的容许应力设计法,以丁集矿副井外层井壁501 m层位为研究对象,用ANSYS有限元程序对深厚冲积层冻结井筒外层井壁结构的可靠性进行分析。结果表明:有限元模拟得出该层位外壁的可靠性指标为2.98,与JC法理论计算结果基本相符。外层井壁可靠性影响因素按重要程度依次为冻结压力、混凝土轴心抗压强度、厚径比和配筋率。     

深厚土层冻结法凿井过程中外层井壁模糊随机可靠性分析

针对常规可靠性表征结构稳定性时的不足,分析更加符合深井工况的模糊随机可靠性,给出相应的模糊随机功能函数和模糊随机极限状态方程,并针对可靠性中心点算法进行模糊随机改进。结合深厚冲积层井壁冻结压力和钢筋混凝土井壁极限承载力模糊随机分析,得到深厚冲积层高强钢筋混凝土外层井壁的模糊随机极限状态方程,应用改进后的中心点法推导出外层井壁结构模糊随机可靠性的解析区间,并提出各主要变量对模糊随机可靠性的灵敏度区间模型。工程算例表明:由于综合考虑到各参数的不确定性,获得的模糊随机可靠性相比常规的可靠性总体偏低,其结果更能反映实际工况。此外,模糊随机可靠性首次以区间值表征井筒的可靠程度,较常规可靠性的定值表现方法更具合理性。     

钢纤维混凝土弧板井壁结构的力学特性

针对深厚表土层煤矿立井井筒支护难题,提出可适用于冻结井筒外层井壁的钢纤维混凝土预制弧板井壁结构。通过模型试验对该种井壁结构的力学特性进行了研究。结果表明：钢纤维可增强弧板井壁结构的韧性,井壁破坏前钢纤维混凝土环向峰值应变达2 200~2 300 με;钢纤维可改善井壁结构的变形和破坏特征,井壁破坏时的最大径向位移可达20 mm以上。利用试验验证的有限元模型对钢纤维弧板井壁进行了极限承载力影响因素的分析,表明混凝土抗压强度与井壁厚径比是承载力的主要影响因素,而钢纤维掺入量对井壁承载力影响较小。最后建立了钢纤维混凝土弧板井壁的极限承载力经验公式。     

深厚冲积层钢筋混凝土外层井壁结构模糊随机有限元可靠性及灵敏度分析

基于模糊随机有限元的基本原理及方法,对结构失效函数和材料本构关系作等效模糊化处理,设定输入输出模糊随机变量,建立钢筋混凝土外层井壁结构的模糊随机有限元分析模型。利用ANSYS数值计算外层井壁结构的模糊随机有限元可靠性,结果表明:由于综合考虑到各变量参数的不确定性,获得的模糊随机有限元可靠性相比常规的有限元可靠性总体偏低,其结果更能反映实际工况。此外,模糊随机有限元可靠性以区间值表征不同井段的可靠程度,较常规可靠性的定值表现方法更具工程针对性。模糊随机有限元灵敏度分析发现:影响外层井壁结构可靠性的重要因素依次是井壁冻结压力、混凝土抗压强度和厚径比。通过ANSYS灵敏度散点图可指明主要输入变量的变动对输出变量的影响程度以及变量需改动的大致区间范围。     

基于RBF模糊神经网络模型的深厚冲积层立井冻结压力分析与预测

针对丁集矿井壁冻结压力进行不同监测水平的现场实测,发现冻结压力随时间和环境而变化,受层位深度、岩土含水率、冻结壁平均厚度和平均温度等因素的影响,具有明显的不确定性,以变异系数表征其不确定程度。在此基础上优化传统的RBF神经网络,把变异系数引入模糊中心值和权值学习策略中,建立深厚冲积层井壁冻结压力预测模型。该模型以层位深度、含水率、冻结壁平均厚度和平均温度为输入信息量,区分黏土层与钙质黏土层,采用两淮地区7只井筒33个监测水平的样本数据进行训练学习,最后通过口孜东矿井壁冻结压力预测分析进行模型验证。结果表明:现场实测值与预测值拟合度好,模型算法高效,精度合理,为两淮地区深厚冲积层立井冻结压力的分析与预测提供可靠依据。     

深厚冲积层钻井井壁渗漏水机理和注浆技术探讨

针对朱集西煤矿矸石井钢筋混凝土钻井井壁在第54节和59节出现渗漏水现象,进行了出水机理和注浆技术探讨。首先,从工程地质条件、水质化验、井壁混凝土浇筑情况、水力劈裂原理等方面分析,揭示了深厚冲积层钻井井壁渗漏水机理;然后,通过对破壁注浆和地面注浆这2种钻井井筒防治水方案的对比分析,提出采用井筒内破壁注浆方案,并指出在深厚冲积层中进行钻孔破壁时,应采取孔口管防冲出等安全措施,以确保施工人员和井筒安全;最后,进行了相关注浆参数设计,通过工程实践表明,破壁注浆达到了预期效果。     

立井深厚冲积层冻结段外层井壁变径施工技术

深厚冲积层冻结段井筒变径施工,工序转换多,造成空帮时间长,容易片帮;同时变径交接处井壁竖向钢筋错位,承载力减弱,使得该处井壁极易出现环向裂缝等问题,甚至出现井壁脱落现象。赵固二矿西风井穿过的冲积层厚度704.6 m,冻结段井壁厚、变径次数多、混凝土强度等级高,深厚冲积层冻结段掘砌施工难度大,变径处井壁出现环向裂缝的几率增大。针对该井筒冻结段外层井壁5次大断面变径设计的技术要求和施工问题,对MJY型模板变径施工工艺及技术参数进行了改进和应用,实施了大模板二次变径施工工艺,提高了井壁变径交接处的承载能力和井壁施工质量,提高了变径施工速度,为深厚冲积层冻结段大断面变径施工积累了经验。     

万福矿井主井井筒施工方案及井壁结构设计

万福矿井主井井筒穿过特深厚不稳定冲积层,必须采用特殊凿井法施工。设计采用井筒全深冻结法施工方案,双层现浇钢筋混凝土井壁结构,并在600m以深井壁结构中使用高强度钢纤维混凝土,确保井筒安全高效施工。     

深冻结井井壁大体积高强高性能混凝土的试验研究

为解决我国能源短缺问题，两淮地区掀起了建国以来规模最大的新井建设高潮，此次开发均为深部资源，井筒穿越的冲积层深厚，为了降低井壁厚度，提高井壁混凝土的耐久性，筑壁材料采用了高强高性能混凝土，为了确保施工中使用的高强高性能混凝土既经济合理又强度可靠，对深厚表土冻结井壁的高强高性能混凝土进行了试验研究，并成功在淮南矿业集团丁集矿井建设中应用。     

高强高性能钢纤维混凝土在龙固煤矿冻结井筒筑壁施工中的应用研究

龙固煤矿北风井,井深746m,冲积层厚675m,冻结深度730m。冻结段采用现浇钢筋混凝土复合井壁,外壁和内壁在井深超过580m后,均采用CF80高强高性能钢纤维混凝土浇筑。根据工程特点,采用当地原材料和专用的高效矿物掺合料,配制出了CF80高强高性能钢纤维混凝土。试验室模拟和现场试验研究表明,CF80混凝土完全可以满足深厚冲积层冻结井筒井壁施工要求。     

钢骨混凝土井壁水平极限承载特性的试验研究

针对600～800 m巨厚冲积层中煤矿立井井筒的支护问题,提出了采用钢骨钢纤维高强混凝土井壁结构型式.为了研究该种井壁结构的水平极限承载特性,根据相似理论,采用物理模拟试验的方法,开展了2个模型井壁的破坏性试验,研究了该种井壁结构的水平极限承载特性和变形破坏特征.试验研究表明:在竖向荷载(井壁自重应力)加载阶段,钢骨和混凝土能够协同变形;水平荷载加载阶段,钢骨应变达到屈服应变后,钢骨表现出一定的塑性流动变形能力;井壁破坏时,钢骨和混凝土的切向应变值可达-3500×10-6(压);利用厚壁圆筒的弹性、塑性极限承载力估算井壁的水平极限承载力上、下限值,试验值更接近塑性极限承载力;由于钢骨和钢纤维的加入使得高强混凝土的脆性得到改善,钢骨钢纤维高强混凝土井壁具有更好的塑性变形能力和延性,是深厚表土层中一种可行的井壁结构型式.     

巨厚冲积层立井井筒支护设计

为了解决巨厚冲积层条件下井筒支护强度问题,文章分析了厚冲击层井筒受力影响因素,研究了井壁在冲积层内的受力状态,对厚冲积层井筒支护强度进行了计算,结果表明,传统的混凝土及加筋混凝土材料已不能满足强度需求,应采用复合井壁进行井筒支护,复合井壁的计算可以采用材料弹性模量等效的方法计算。     

高强度高性能混泥土在赵固一矿深井井硐中的应用

针对赵固一矿西风井井硐采用普通标号混泥土施工存在用料多、开挖和冻结壁厚度大、工程成本高等问题,提出采用C70～C100高强高性能钢筋混凝土井壁结构型式,并在施工过程中采取严抓原材料质量、配料精度、施工工艺及施工质量管控等措施,现场应用结果表明:混凝土强度达到设计要求,井壁厚度减少200 mm,减少井筒开挖和井壁混凝土2 700 m~3,为深厚冲积层冻结凿井井壁施工应用C100高性能混凝土提供重要的实践经验。     

深厚表土层冻结井筒高强钢筋混凝土内壁设计优化与实测分析

针对深厚表土层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,对高强钢筋混凝土内壁的受力机理、设计优化方法、现场实测结果进行了分析研究。首先,采用相似理论设计出模型井壁并进行加载试验,实测得到高强钢筋混凝土内壁的应力、变形和承载力,研究了该种井壁结构的受力机理,结果表明深厚表土层冻结井筒内壁属于深埋于地下的厚壁圆筒结构物,由于内表面的圆形结构特征,在侧向压力作用下,井壁结构中混凝土由外缘的三向受压过渡到内缘的二向受压应力状态,其混凝土抗压强度提高了1.592～1.765倍,井壁承载能力得到显著提高。建立了混凝土抗压强度提高系数试验值的计算公式,获得了高强钢筋混凝土内壁的应力特性和强度特征。然后,基于我国现行混凝土结构设计规范关于混凝土多轴强度验算要求,根据模型试验结果和内壁受力机理,提出了深厚表土层高强钢筋混凝土内壁设计优化方法,给出了混凝土抗压强度提高系数设计取值。并将设计优化方法应用于潘三煤矿新西风井冻结段内壁控制层位,井壁厚度由原设计的1 150 mm优化为900 mm,厚度减薄达21.74%。最后,通过潘三煤矿新西风井工程现场实测表明,优化设计后的井壁结构中环向钢筋应力值为-125.8～-136.9 MPa、竖向钢筋应力值为-39.5～-53.2 MPa,远小于钢筋强度设计值300 MPa,井壁中混凝土环向应变为-730×10~(-6)～-790×10~(-6)、竖向应变为-380×10~(-6)～-390×10~(-6),远小于C70混凝土的极限压应变值,说明设计优化后的井壁结构不但经济合理,而且安全可靠。     

新技术、新工艺在深井井筒施工中的应用

万福风井井筒冲积层深厚,井筒断面较大,冻结法凿井施工中采用大功率挖掘机极大地提高了掘进速度,采用钢纤维高强混凝土增强了双层井壁的抗裂性,成功实现了827m一次套注内壁,为深厚冲积层井壁施工提供了宝贵的经验。     

深厚冲积层钻井井壁结构设计

朱集西煤矿矸石井采用钻井法施工,如何进行科学合理的井壁结构设计成为保证井筒施工质量的关键。该文从设计过程中设计参数的选取,影响井壁结构设计的各种因素入手,阐述了深厚冲积地层钻井井壁设计过程,为井筒安全顺利通过深厚冲积地层打下了坚定的基础,供东部地区深厚冲积层钻井井壁结构设计参考。     

立井深厚表土层施工方法与井壁结构设计研究

针对板集矿井深厚表土层的凿井技术难题,通过研究分析提出了三个井筒表土段均采用钻井法施工,并根据现行钢筋混凝土设计规范,提出了钻井井筒高强钢筋混凝土井壁和双层钢板混凝土复合井壁的设计计算新方法。     

高强高抗渗冻结井壁混凝土配制及其试验研究

为解决特厚冲积层井筒支护难题及冻结壁解冻后井壁渗漏水严重的问题,采用原材料优选、提高胶凝材料用量、增大砂率和降低水胶比等方法,开展正交试验得到了最优配合比。再由物理力学性能试验结果得到了冻结井壁混凝土立方体标准抗压强度与棱柱体轴心抗压强度、弹性模量之间的换算关系,以及劈裂抗拉强度、泊松比等参数,为工程应用提供了设计依据。