特厚表土层冻结井壁高强高性能混凝土配制及其应用

针对特厚表土层冻结井筒内、外层井壁的特殊养护环境和施工条件,首先提出了深冻结井壁高强高性能混凝土的配制原则;然后根据配制途径选择了原材料,进行了C60~C70高强高性能混凝土的配制试验研究,得到了既经济合理又强度可靠的配合比,并应用于工程,取得了良好效果。     

冻结井壁高强高性能混凝土配合比设计及应用

顾桥煤矿二水平延深工程新建进风井和回风井2个井筒,均采用冻结法凿井,冻结深度分别为472和464m。2个井筒在300m深以下均要穿过多个厚膨胀粘土层。根据2个井筒深部厚膨胀粘土层段内层井壁耐久性和防裂、抗渗要求,确定了井壁高强高性能混凝土配制思路。采用全计算方法,设计了高强高性能混凝土配合比参数。合理选择了原材料,通过试验,优选了C60、C65和C70高强高性能混凝土配合比,并应用于井壁施工,取得了良好的效果。     

C70高强混凝土在新桥矿副井冻结井壁的应用

针对永煤集团新桥矿副井表土层厚、井简直径大、井壁受力复杂的特点，在永城矿区冻结段井壁结构设计中，首次采用了C70高强混凝土。通过对混凝土配合比的多次试验和研究，确定出合理的配制参数。经过试验段的进一步验证，使得C70高强混凝土在新桥矿副井井筒冻结井壁工程中得到了成功应用。     

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。     

高强高性能混凝土在冻结井筒筑壁施工中的应用

郭屯煤矿立井冻结深度达702m,井壁浇筑全部采用商品混凝土。根据工程特点和当地原材料供应情况,利用山东省建筑科学研究院研制生产的NC-H高效复合外加剂,配制出了C60～C75高强高性能混凝土,满足了深冻结井筒井壁浇筑要求。     

高强低热混凝土在赵固二矿主井冻结段的应用

以C40~C80高强低热混凝土在赵固二矿主井冻结段为应用背景,采用水泥、砂子、碎石、粉煤灰、磨细矿渣和化学外加剂根据不同的配比,配制不同强度的低水化热早强防裂密实高性能混凝土,实测强度超过设计强度的5%以上,提高了井壁的强度储备,有效地避免了井壁的破坏。水化热降低15~17℃,较好的控制了内、外层井壁大体积混凝土的温度裂缝的扩展,确保了冻结段的施工安全。     

深冻结井井壁高强高性能混凝土研究

深冻结井井壁混凝土应具有高强及超早强性能,同时应具有良好的抗裂防水能力。山东省建筑科学研究院研制生产的NC-H型复合外加剂,可用来配制C60-C90高强高性能混凝土,迄今已在10多个深冻结井筒工程中得到了成功应用,取得了很好的效果。简要介绍了用该外加剂配制的高强高性能混凝土试验室标养试验和模拟冻结法施工条件的试验情况。     

中国冻结法凿井理论与技术综述

介绍中国冻结法凿井60余年发展经历的引进消化、探索改进、完善提高、创新攀高四大阶段,阐述中国在深厚冲积层冻结段井壁结构、井壁用C60~C100高强高性能混凝土、冻结壁设计理论体系、多圈孔冻结工艺、冻结壁形成特性工程预报与调控、冻结壁径向位移实测与掘砌段高调控、冻结段安全快速施工等关键理论与技术成就和现状,这些构成具有中国特色的深厚冲积层冻结法凿井理论和技术体系。还对冻结壁设计理论和发展、井壁结构设计与应用、冻结壁温度场理论与应用技术、深部立井基岩冻结和斜井冻结技术等方向存在的问题进行了展望和建议。     

丁集矿深井冻结井壁渗水的治理措施

丁集矿主、副、风三井筒施工到底后,表土冻结段井壁多次出现渗水,渗水量最大时达60m3/h,对于井壁渗水的治理最有效的措施就是壁间注浆,由于制定的注浆方案可行、可靠,每次治水工作均取得了成功.通过对井筒冻结及渗水状况的分析,归纳了丁集矿深井冻结井壁渗水规律和治水时机的一些有益认识.     

冻结井筒高强混凝土水化热规律研究

为了研究冻结井筒高强混凝土水化热规律,对井壁高强混凝土的水化放热规律作了试验研究,并结合有限元数值模拟分析发现:混凝土水化热对冻结壁的影响范围在0.5 m以内;井壁混凝土在浇筑后25～40d才进入负温养护,深冻结井井壁高强高性能混凝土的水化热最高温升一般发生在20～35h,比水利工程等大体积普通混凝土的最高温升提前了3～4d.     

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.     

特厚冲积层钻井井壁高强高性能混凝土配制研究及其应用

针对特厚冲积层钻井壁的施工条件和性能要求，提出了钻井井壁高强高性能混凝土的配制原则和配制途径，在大量试验的基础上选择了原材料，进行了C60-C70钻井井壁高强高性能混凝土的配制试验，得到了优化配合比，井成功地应用于工程中。     

高性能混凝土在冻结井筒施工中的应用

随着矿井深部煤层的开采,采用冻结法施工的井筒穿过的表土层越来越深,深厚表土层冻结施工对井壁混凝土的强度和性能提出了更高的要求,普通混凝土已很难满足井筒设计和施工需要,而高性能混凝土因其具有良好的物理力学性能、工作性能和耐久性能,在煤矿深厚冻结井井筒支护中被迅速推广应用。文章结合工程实例详细介绍了冻结井筒中高性能混凝土施工的工艺和确保混凝土施工质量的施工方法,为提高高性能混凝土在冻结井筒中的施工质量提供了值得借鉴的经验。     

大体积高性能混凝土冻结井壁水化热温度场实测与分析

大体积高性能混凝土井壁水化热温度场发展规律对于研究井筒温度应力、提高井壁质量极为重要,为获得实测资料,对国内井筒直径和井壁厚度均最大的冻结井壁开展了早龄期温度场实测研究与分析。设置4个监测层位,实时监测获得了一次浇注厚度达2.5 m的C60高性能混凝土井壁温度场的分布规律及井壁内径向各点的温升规律,获得不同厚度和标号井壁的最高温度达61.4~73.1℃、最大温升39.6~48.8℃、内部最大温差24.3~33.0℃。拟合得到了较符合现场浇注井壁内最高温升与龄期的双指数关系式。并结合工程实践,从混凝土材料、水化热温升、降低约束和养护条件等方面分析了大体积混凝土井壁预防开裂的技术措施。实测数据为冻结井壁设计与施工提供宝贵的基础资料,为工程建设提供借鉴。     

三维旋转水射流扩孔与压裂增透技术工艺参数研究

通过对比丁集煤矿试验钻孔的试验数据,在明确三维旋转水射流扩孔与压裂增透机理的基础上,运用理论分析并结合实际的手段,总结分析了影响三维旋转水射流扩孔与压裂增煤的工艺参数,并确定了工艺参数的范围。结果表明:工艺参数可以分为系统工艺参数和钻孔施工参数。根据丁集矿实际情况,工艺参数确定为扩孔压力控制在10～15 MPa,管路选型内径应该大于25 mm,压裂压力确定在18～20 MPa,试验钻孔与控制钻孔间距为10 m。     

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。     

丁集矿地温随深度变化趋势及防治措施

随着丁集煤矿的开采深度逐渐向深部发展,工作面的高温现象也更加突出,矿井气象条件呈现恶化趋势,严重地威胁着煤矿安全高效生产和井下工人身心健康。根据丁集煤矿的地温钻孔资料,对其地温状况进行分析,发现丁集煤矿的地温异常特征比较明显。全井田地温梯度2.30~4.00℃/100 m,平均为3.21℃/100 m。深度每增加31.15 m,地温增加1℃,属地温异常区。运用线性回归和数理统计方法对开采深度不断增加的煤层的地温进行分析,发现丁集煤矿的地温分布在深度上具有规律性。根据得出的规律,提出了地温的防治措施,对煤矿的安全高效开采具有一定的现实意义。     

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。