深厚砂层斜井井筒沉降变形与监测技术分析

近年来我国西部冲积层地区开始有大量矿井采用斜井井筒冻结法施工并运营,由于冻结作用和运营期间水位下降等原因,均产生一定的井筒沉降变形,导致大长度斜井因不均匀沉降而造成井壁破裂的现象时有发生。针对此问题,本文以在深厚砂层中采取冻结法施工的榆林袁大滩副斜井为例,对斜井冻结法施工和运营过程中产生的沉降展开分析,通过对常用监测手段进行分析比选,进行监测方案设计。研究成果对于了解冻结施工的斜井沉降变形机理、设计沉降监测方案具有重要意义。     

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。     

袁大滩矿主斜井冻结壁温度及冻结压力研究

以袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工为工程背景,计算得出冻结壁顶部和两侧的外荷载分别为1.53MPa和1.17MPa,利用FLAC 3D建立斜井冻结壁数值模拟模型,研究井筒施工一个6m掘砌段长后,冻结壁温度随时间的变化规律以及冻结压力的分布规律。结果表明:新浇筑外层井壁产生的水化热,使井壁壁后冻土产生融化,且回冻困难,需要采取积极冻结措施;冻结壁顶板冻结压力峰值约为2.1 MPa,两帮冻结压力峰值约为1.6 MPa,均大于冻结壁外载,冻结压力在井筒轴向分为压力降低区、升高区和稳定区,冻结壁顶部塑性区范围比两帮大,井筒顶板容易发生破壁事故。     

富水砂层斜井冻结壁变形有限元预测

为了保证富水砂层斜井冻结法凿井的安全进行,需对富水砂层斜井冻结法凿井过程中冻结壁变形规律进行预测。采用ANSYS有限元分析软件,引入冻结壁蠕变参数,对富水砂层斜井冻结壁变形规律进行预测,分析不同埋深和不同空顶距离下斜井冻结壁变形规律,研究结果可为穿越富水砂层斜井冻结法凿井安全施工提供一定的依据。     

富水基岩长斜井冻结法凿井技术

以鄂尔多斯新街矿区某矿主斜井为研究对象,针对该斜井井筒涌水量大、冻结长度长的难题,通过理论计算、数值模拟及现场实测等手段,对斜井冻结壁形成规律、冻结壁自然解冻规律、冻结壁交圈、斜井分段冻结进行研究,优化设计了斜井冻结方案,将整个冻结段分成5段,分段冻结、分段掘进、分段砌筑,并实现了平行作业,使倾角达16°斜井顺利通过白垩纪含水层,创造了斜井冻结长度最长的记录,为西部矿区类似井筒的冻结施工提供了宝贵的借鉴经验。     

冻结井筒施工中出现地系管涌现象的工程实例

黑梁矿风井为立井井筒,采用冻结法施工,在井筒套内壁施工完成,冻结刚刚停机后,井筒138～180m段出现不同位置的出水点,出水总量12m3/h。为了快速、安全、全面的解决出水事件,对井筒出水原因进行了综合分析,最终认定为静水位上涨,高于原冻结壁,在井壁与冻结壁之间形成导水通道,是导致井筒出水的直接原因。通过壁后注浆施工后,出水现象立刻好转并停止。结果表明冻结井筒施工中,地系"管涌"现象是存在的。通过本次工程实例,为内蒙古地区特别是沙漠化地区的冻结井筒施工提供了宝贵的实例性经验。     

斜井冻结壁与井壁相互作用的数值模拟分析

以大南湖斜井冻结法施工为工程背景,运用数值分析软件,模拟了斜井冻结壁在不同温度场作用下的位移变化情况,分析其变形特性以及力学特性。为以后的斜井冻结法施工提供借鉴。     

袁大滩矿主斜井冻结壁变形规律及稳定性研究

以袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工为工程背景,利用数值模拟软件FLAC~(3D),建立斜井冻结壁模型,计算井筒掘砌过程中,冻结壁空帮段和新浇筑外层井壁段冻结壁变形,研究冻结壁塑性区分布和稳定性。结果表明:冻结壁空帮段暴露1 d后,顶板和两帮变形分别为194和124 mm,最大变形速度为9 mm/h;外层井壁施工后,冻结壁变形得到有效控制。为避免冻结壁产生长期蠕变变形,应及时浇筑内层井壁;空帮段塑性区范围约为2.5 m,大部分区域仍处于弹性状态。     

富水砂层冻结斜井冻结壁厚度设计

根据富水砂层松散地层的特殊性质将冻结井筒分为浅埋和深埋2种情况,分别采用岩柱法和普氏理论对井筒围岩压力进行分析,给出了井筒浅埋和深埋2种情况下富水砂层斜井冻结壁厚度计算方法,现场实践表明富水砂层冻结斜井冻结壁厚度设计方法是合理可行的。     

斜井局部保温技术研究与应用

结合山西长治古城煤矿主斜井冻结工程实例,分析斜井冻结工程的特殊性,找到了顶部非冻结段及冻结管穿过开挖荒径以内部分局部冻结方法,成功地将井筒冻结冷量损失降低,节省近一半供液管,并对井筒掘进条件进行了改善,为今后类似斜井直孔施工的井筒冻结提供参考。     

冻融条件下围岩膨胀力对斜井支护的影响研究

针对膨胀泥岩在冻融过程中的特殊工程性质,结合查干淖尔一号井主斜井在采用人工冻结法施工过程中表现出的大变形现象,采用数值模拟方法开展了不同膨胀力对斜井支护结构的影响研究。基于FLAC3D中的热力耦合模块对主斜井冻结法施工中膨胀岩的冻胀融胀过程进行模拟,通过比较不同膨胀力条件下2种支护结构的变形规律和受力情况,认为采用似马蹄形支护结构可有效地抵抗井壁变形,增强井筒的稳定性。研究成果可为类似工程支护优化及施工提供参考。     

深厚冲积层多圈孔冻结壁温度场发展研究

冻结壁温度场发展是人工冻结法施工在井筒建设过程中最重要的组成部分,对井筒开挖和安全施工有重要的影响。因在地下进行大面积、长时间冻结,土体会发生复杂变化,无法进行相似模拟实验,数值模拟软件成为最直接的辅助工具。本文通过合理的多圈孔布孔方式,考虑钻孔偏斜、冻结过程中水的相变潜热、不同温度下导热系数及热容等影响因素,结合实测数据,运用数值模拟软件COMSOL Multiphysics 建立多物理场耦合对温度场发展进行研究。以某矿西风井深厚冲积层为研究对象,针对91 d冻结壁温度场发展进行模拟。模拟交圈时间为44 d,冻结壁平均发展速度为25.36 mm/d,与实测交圈时间50 d、冻结壁平均发展速度22.72 mm/d相比有微小的误差,模拟结果与实际情况符合程度良好,并推论出以最外圈为主冻结孔对冻结壁发展速度的影响及利弊。综合前人模拟结果,此模拟方法更具有理论意义及工程指导价值。     

深厚表土层冻结井筒冻结壁内压力实测研究

对深厚表土层冻结井筒初始土压力以及冻结过程中不同位置、不同深度、不同土层的冻结壁内部压力进行了现场实测研究,对我国深厚表土层冻结井筒设计和施工具有重要意义。     

斜井冻结技术在里必矿井筒施工中的应用与探索

为了井筒安全、快速穿过松散层及基岩强风化带富水性强的区域,根据地表水文地质、地质探测结果,结合井筒断面、支护设计及国内斜井施工水平,以安全可靠、经济节约、冻掘配合、服务掘进为原则,分析了冻结施工的难点,提出了解决对策。采用冻结真空隔热管技术、斜井冻结衔接段处理技术、斜井竖孔冻结两帮冻结壁固定梁模型计算方法,科学制定冻结方案,并在施工中提出采用斜井掘砌断面等效冻结时间及调控技术、冻结步进式投入方法,外排孔沿井筒走向串联,中排孔横向串联运行,分段冻结,分步投入。探索优化冻掘配合,取得了降低冻结成本10%,提高掘进效率15%的良好效果,对类似斜井局部冻结施工有一定的借鉴意义。     

东周窑矿富水表土层井筒冻结施工技术与应用

针对东周窑矿主斜井需穿富水含水表土施工,设计了冻结施工技术与参数,现场监测了钻孔盐水系统温度、筒壁冻结岩层温度、井筒变形。监测结果表明筒壁岩层冻结效果良好,井筒变形在允许范围内。     

冻结法施工在李楼铁矿副井施工中的应用

冻结法凿井即为在井筒开凿前,采用人工制冷技术,将井筒周围的不稳定地层和含水层冻结成封闭的冻结壁,以隔绝地下水和施工井筒的联系,暂时改变井筒周围的地质条件,然后在冻结壁的保护下进行掘砌施工。根据李楼铁矿副井的工程地质条件,介绍了冻结法施工冻结方案的选择以及对施工过程中的综合监测,达到了施工快速且安全的目标,取得了良好的效果。     

冻结法施工在李楼铁矿副井施工中的应用

冻结法凿井即为在井筒开凿前,采用人工制冷技术,将井筒周围的不稳定地层和含水层冻结成封闭的冻结壁,以隔绝地下水和施工井筒的联系,暂时改变井筒周围的地质条件,然后在冻结壁的保护下进行掘砌施工。根据李楼铁矿副井的工程地质条件,介绍了冻结法施工冻结方案的选择以及对施工过程中的综合监测,达到了施工快速且安全的目标,取得了良好的效果。     

综掘机和整体模板台车在冻结斜井的应用

矿建冻结施工技术成熟已广泛使用,我国西北地区因煤层埋藏较浅,多采用斜坡道开拓法开采（斜井开拓）,近年来矿建冻结斜井施工工程逐渐增多,传统炮掘配合箕斗运输、拼装模板支护的施工工艺,已不能适应矿建工程建设的要求。为了满足工程建设的需要,不断探索新的施工工艺,促进了冻结斜井快速施工方法不断发展,合理选择施工设备和支护形式,对工程进度起着重要的影响,其中综掘机配全断面整体移动模板台车支护、胶轮车运输的方法,在冻结斜井施工中的应用取得了显著的效果。冻结斜井中采用综掘机破岩掘进,配防爆无轨胶轮车运输矸石,混凝土浇筑支护采用2套全断面整体模板台车支护,各工序有序衔接,取得了成巷80 m/月最好成绩,同时对在冻结斜井施工遇到的问题进行了阐述,就今后施工该类工程的注意事项提出了建议。     

首钢马城铁矿第四系斜坡道设计研究

马城铁矿第四系斜坡道设计采用冻结法施工,其施工安全、施工进度和项目投资可控度高。因冻结法开凿斜井或斜坡道的斜井井筒支护设计无专门的设计规范和成熟的设计理论,在设计上主要参考冻结法施工竖井及其他行业规范、手册进行计算。研究表明,通过外层井壁承受冻结压力计算、内壁承受水压力计算和内外层井壁共同承受水土压力的计算等方法,是可以满足工程设计要求的。     

基于侧限压缩试验的黏土动态力学性能研究

为研究斜井井筒采用冻结法施工穿过松软含水黏土层时,冻结壁失稳、冻结管破坏与黏土强度、黏土变形之间的关系,以黏土为试验对象,通过高压固结仪还原深部黏土受压变形过程,利用SHP B试验装置对无侧限、有侧限条件下的黏土试件进行不同应变率加载,借助高速摄影机拍摄黏土试件的变形破坏过程.研究结果表明:无侧限条件下,黏土试件变形大...