立井衬砌钢结构竖向可缩接头性能试验研究

为防止钻井工法施工的立井衬砌受地层失水沉降引起的竖向负摩擦力作用而发生破坏 ,在立井衬砌的局部设置一种带环形立板和径向肋板的竖向可缩接头。为了解该装置的基本性能 ,对其结构模型进行了单轴受力、三轴受力状态的模型试验和水平侧向压力条件下的模型试验研究 ;全面探索这种可缩性钻井井壁接头的竖向可缩能力、竖向临界承载力、接头结构内部的相互制约作用以及可缩接头参数与上下井壁设计强度之关系 ;证明了这种井壁接头具有释放井壁竖向应力 ,抗侧向压力的作用和良好的防水能力 ,能起到防止钻井井壁破坏的作用 ,也对该类井壁接头的设计计算和参数取值提出了建议     

双立板可缩性井壁接头优化设计分析

为了解决因负摩阻力过大而导致的井壁破坏的问题,文中研究并提出一种新型的可缩性井壁接头方案。并以祁南矿北风井的可缩性井壁接头为优化对象,通过理论计算和数值模拟相对比的方法对该接头方案进行优化。ANSYS数值模拟的结果表明,井壁接头的水平和竖向承载力极限值分别为28、22.4MPa;在增加弧形板后,井壁接头的外立板的厚度相比优化前减小了10mm;该双立板可缩性井壁接头优化设计方法明显节省了材料成本,提高了井壁接头的安全系数,可以为后续类似井壁接头设计提供参考。     

地层沉降和井壁附加应变实测耦合分析

深厚表土中的井壁与发生沉降或抬升的地层之间,由于相互耦合会产生力的作用。在采用注浆加固地层治理井壁破裂时,地层会产生抬升,而在注浆休止时,地层又会有一定的沉降,在地层的抬升和沉降过程中会对井壁的附加力产生一定的影响和改变。通过井壁上监测的附加应变的变化以及地层沉降位移的变化之间分析对比,数据曲线表明:地层沉降和井壁之间有良好的相关性,地层抬升时,井壁附加应变减小;地层沉降时,井壁附加应变增加。因此通过地表沉降测试数据能反映出井壁所受附加力的大小,对于没有埋设监测系统井壁,可以通过地表沉降数据来反应井壁附加力的大小,据此来预测井壁的安全状况。     

我国西部地区孔隙型含水基岩段立井单层井壁外荷载研究

针对我国西部地区白垩–侏罗纪含水基岩段立井井筒设计外荷载取值问题,基于广义有效应力原理与渗流理论,构建围岩与井壁共同作用下的井壁外荷载分析模型,得出井壁外荷载解析解,提出贴壁式和离壁式井壁受力条件,探讨井壁外荷载形成机制。最后,结合西部深埋含水煤系地层特性,讨论井壁外荷载、水压折减系数等取值区间。研究结果表明:(1)井壁外侧水压折减系数β和围岩与井壁渗透率比值/r cK K密切相关,且成正比关系,多数情况下β为0.5～0.9;(2)贴壁状态下,井壁外荷载折减系数ω的变化范围为0.496～0.963;离壁状态下,ω的取值范围为0.5～1.0;(3)单层井壁仅适用于弱富水性白垩—侏罗纪深埋煤系地层,对于富水性较好的地层,宜采用双层钢筋混凝土井壁结构。     

井壁竖直附加力变化规律模拟试验研究

利用大型竖井模拟试验台,对冲积层疏排水过程中立井井壁受到的竖直附加力的变化规律开展了模拟试验研究。试验结果表明:竖直附加力随含水层降压量的增大而线性增加,随深度增大而增大,随土层中粗颗粒含量增多而增大。分析计算表明:应采用竖向可缩新型井壁结构防止井壁因冲积层疏排水而破坏。     

管板组合式井壁可缩结构的初步研究

针对一种新型井壁可缩结构，利用大型有限元分析软件包ANSYS对该结构的“可缩”性能进行了数值模拟，证实了该结构作为井壁可缩结构的可行性。     

井筒破坏机理分析及治理方案

通过对龙固矿副井井筒、井壁破坏机理进行系统的分析可知,表土层疏水固结沉降、地面工业广场采动与冻结融沉等对井壁产生的较大竖向附加力导致了井壁局部的应力集中,引起井壁的局部表面破坏。提出了副井井壁的治理原则与治理方案,达到了预期效果。     

特厚表土层双层钢板 高强高性能混凝土钻井井壁试验研究

 针对500～700 m特厚表土中钻井井筒的支护难题，认为合理的解决途径是采用双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构。首先，给出钻井井壁C60～C75高强高性能混凝土的优化配合比；然后，根据相似理论，进行双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构的模型设计。通过模型试验，对这种井壁结构的应力、变形特性和强度特征进行研究，研究结果表明：由于内、外钢板筒的约束作用，井壁结构中的混凝土完全处于三轴受压应力状态下，其抗压强度得到较大程度的提高，且井壁破坏时混凝土的极限压应变达到－4 600 me，表现出较好的延性特性，得到了该种井壁结构承载力的试验值，从而为该种高强井壁结构的工程应用提供了设计依据。目前，该研究成果已应用于3个特厚表土层的钻井井筒工程实践中。     

钻柱与实钻水平井眼接触形态及摩阻影响分析

水平井钻进过程中,地层结构、钻具振动、钻头侧向力、岩屑沉积等因素易导致实钻井眼轨迹发生连续小幅偏斜。该种偏斜虽不会引起实钻井眼轨迹的严重偏离,但将改变钻柱与井壁的接触形态。受现有测井方法的限制,该种偏斜常被忽略。通过理论分析与仿真,研究水平段井眼轨迹在井斜平面内连续小幅偏斜波动条件下的钻柱与井壁接触形态及其对摩阻的影响。研究认为,钻柱与偏斜波动水平井眼间易发生"悬跨"接触,该现象降低了现有解析法求解钻柱力学相关问题假设条件"钻柱与井壁连续接触"的合理性。钻柱自重和轴向力对悬跨钻柱弯曲位移及悬跨接触最大临界跨距的影响最大。悬跨接触将减小钻柱与井壁的接触面积、增大钻进摩阻。     

欠平衡钻井合理压差的确定技术及在新疆油田的应用

欠平衡钻井过程中井壁稳定是保证欠平衡钻井成了欠平衡钻井过程中保持井壁稳定及控制井喷的极限钻井压差的计算模式,提出了欠平衡钻井合理压差的确定原则.最后,结合石南4井区的地应力参数及地层强度参数,对石南4井区欠平衡钻井极限压差进行了计算,并据此分析了在该区进行欠平衡钻井的可行性.实际应用结果表明,理论结果与工程实际十分吻合,说明了模型的正确性.     

围土注浆缓释和抑制井壁附加力效应及应用

阐述了预防与治理厚表土层立井井壁破裂的围土层注浆加固方法的机理,将围土层注浆“缓释”和“抑制”井壁竖直附加力的原理应用到某一矿井工程治理中并取得成功。通过埋设于井壁中的混凝土应变传感器实测数据表明,井壁已有的竖向附加应变减少了330με,这一结果说明井壁中既有的竖直附加力得到有效“缓释”;间歇期间的井壁附加应变几乎无增量,这一演变表明井壁附加力的增长得到了有效“抑制”;而地面变形与井壁受力实测趋势完全吻合。围土层注浆加固能够有效地改善井壁的受力状态,对井壁的既有应变有显著的缓释作用,对矿井疏排水造成的井壁附加应变的增长有明显的抑制作用。这一理论与技术可以在类似矿井井壁破裂防治与治理工程中推广应用。     

基岩冻结新型单层井壁施工技术与监测分析

 以鄂尔多斯市呼吉尔特矿区葫芦素副立井为工程实例,详细阐述国内首个基岩冻结新型单层井壁的施工工艺和监测方法,对井壁施工过程中的技术难点进行分析,给出井壁混凝土的质量控制指标。现场实测表明：(1) 凿井期新型单层井壁的钢筋应力和混凝土应变同时受基岩冻结压力与井壁温度的影响;(2) 井壁钢筋应力、混凝土应变的变化过程可分为OA,AB,BC,CD共4个阶段;(3) 凿井期葫芦素副立井竖向钢筋拉、压应力极值分别为35.5～70.8和－7.0～－45.0 MPa,环向钢筋则始终处于受压状态,其压应力极值为－41.7～－101.0 MPa;(4) 凿井期混凝土竖向、环向压应变极值分别为－190.5～－458.0和－590.4～－799.1 με,环向压应变极值为竖向的1.3～4.2倍;(5) 建议将竖筋悬吊的井壁高度取为12 m;(6) 葫芦素副立井井壁配筋于凿井期具有足够的安全储备,混凝土压应变处于安全范围。     

某超深矿山竖井修复及加固方案的论证分析

某水泥厂矿山竖井发生严重垮塌导致无法使用。通过综合分析对比,并基于二维有限元数值模拟,确定了钢模板+钢筋混凝土衬砌(内模法)+锚杆(土钉封堵法)+锰钢护筒(护筒跟进法)的修复及加固方案。该方案的成功实施验证了其可行性,可作为矿山竖井修复、加固工程中的成功案例。     

施工期钻井井壁钢筋应力实测研究

介绍了温家庄铁矿副井钻井井壁施工期间钢筋应力的实测方案,分析了钻井井壁钢筋应力的变化规律,结果表明：施工期钻井井壁钢筋以受压为主,环向钢筋压应力大于竖向钢筋,钢筋应力变化阶段与施工工序相对应。漂浮下沉阶段钢筋应力呈现“双线性”特点,实测与理论计算应力相吻合;增加配重水阶段环向钢筋压应力减小而竖向钢筋压应力增加;首次注浆阶段钢筋压应力显著减小,个别钢筋出现拉应力;后 3 次注浆阶段钢筋压应力先增加后部分恢复,环向钢筋应力变化大于竖向钢筋;抽排配重水阶段环向钢筋压应力显著增加,竖向钢筋应力变化不大;二次补注浆阶段钢筋压应力先增加后恢复,但恢复幅度较前述注浆有所减小。施工完成后钢筋最大应力达到屈服应力的 41% 。     

煤矿斜井井筒过流砂层施工技术研究及应用

流砂层是矿井建设常遇见的不良地层,在含水或动力扰动下具有自流动性,施工不当会引起流砂向临空面流动充填开挖空间将井筒淹没或造成地表大面积塌陷。采用工程地质钻探与地面直流电法勘探技术,确定了流砂层的厚度与含水特征;根据斜井井筒穿越流砂层的垂深,将斜井井筒过流砂层技术方案进行分类研究,提出了斜井井筒过不同厚度流砂层的合理掘进技术;基于理论分析与数值计算,确定了斜井井筒支护结构承受的荷载,提出了斜井井筒过流砂层合理的井壁结构;为评价支护效果,对斜井井筒围岩变形、型钢支架受力、二衬接触应力、衬砌钢筋受力及渗水压力等进行了实时监测,监测结果表明:斜井井筒过流砂层的施工技术方案分类合理,保证了斜井井筒的掘进进度与施工安全;井壁结构安全可靠,保证了斜井井筒围岩与支护结构的稳定。     

废矿井区的压力形成和竖井安全建设研究

设计与建设穿越废矿区的竖井时会遇到许多问题。文章根据河城工程讨论了岩石迁移和压力形成规律,通过计算土压与井室厚度确定了废矿区对井室建设的影响和竖井偏差的影响,为井室建设提供了有用的资料。讨论了井室压力试验结果和施工技术,可为类似工程提供参考。     

Large diameter shafts for underground infrastructure

The technique of large diameter shafts for deep excavations was analysed in terms of its basic construction elements, reported literature cases and design methods. The effects of the construction sequence and the geological deposition on the behaviour of the shaft was analysed using 3D finite element models. Induced stresses and displacements on the soil mass were investigated. Three methods to assess the stability of the shaft lining were presented and employed as a post-processing stage of analysis of the models. The results indicated a major influence of the height of the vertical excavation stages on the shaft behaviour, markedly on the induced settlements. The lining analysis also demonstrated the effects of the vertical excavation stages and how different safety assessment methods can produce significantly different results.     

深厚冲积层高强钢筋混凝土井壁力学特性研究

 通过实验和理论计算,对在均匀荷载作用下高强钢筋混凝土井壁的力学特性进行分析。实验结果表明：高强钢筋混凝土井壁具有很高的承载力,影响其承载力的主要因素依次为混凝土的强度等级、厚径比和配筋率;在均匀外荷载作用下,混凝土强度提高10 MPa,井壁的极限承载力提高4 MPa左右,配筋率对井壁的极限承载力影响很小;高强钢筋混凝土井壁结构破裂时,环向钢筋沿破坏面发生塑性弯曲,混凝土破坏面与最大主应力方向的夹角为25°～30°,属压剪破坏。理论分析时,采用线性软化本构模型以及符合混凝土强度特性的Mohr-Coulomb强度准则,推导出高强钢筋混凝土井壁极限承载力的理论计算公式,并且其计算结果得到实验验证。