厚600m以上冲积层冻结壁厚度设计方法研究

冻结法凿井是井筒穿过厚600 m及以上冲积层的主要凿井方法,冻结壁厚度设计计算方法是深厚冲积层冻结法凿井必须要攻克的难题之一。且深厚冲积层冻结壁厚度计算公式中涉及的相关参数难以确定,无法在工程中设计应用。结合赵固二矿西风井厚704.6 m冲积层冻结法凿井工程实践,提出厚600～1 000 m冲积层冻结壁设计时可采用经典的多姆克计算公式、维亚洛夫—扎列茨基有限段高塑性计算公式分别计算砂性土层、黏性土层冻结壁厚度,并提出计算公式中掘进段高、冻土抗压强度等关键参数取值方法。提出厚600 m以上冲积层冻结法凿井深部采用爆破掘进时,应将爆破掘进段高作为计算段高代入维亚洛夫—扎列茨基有限段高塑性计算公式,从而计算得到正确的黏性土层冻结壁厚度。针对深部不同层位地层冻土抗压强度试验值具有很大离散性的特点,提出冻结壁设计要从安全性、先进性、经济合理性的角度综合考量,系统分析冻土、非冻土抗压强度试验特点和深厚冲积层冻结段掘进工艺特点,冻土计算强度选取应区分均值与低值,均值用来计算各层位一般状态下的冻结壁厚度,低值用来核算层位最不利情况下的冻结壁厚度。提出合理发挥掘砌段高调控对冻结壁稳定性的影响作用,确定深厚冲积层黏性土层控制层位冻土计算强度取值和冻结壁设计厚度。设计方法在工程实践得到验证,取得安全优质、经济合理、快速施工的效果,科学指导了施工。     

光面爆破技术在深大立井冻土掘进中的应用

针对光面爆破在深大立井冻土爆破中的应用问题,结合赵固二矿西风井冻结段掘进施工项目背景,开展了冻土光面爆破试验。通过试验,不断调整光面爆破参数,取得了较好的爆破效果。从爆破参数、装药结构及施工管理等方面,介绍了该井筒冻结段掘进施工中的光面爆破技术应用情况,对类似工程具有一定指导意义。     

超深厚冲积层冻结井筒施工关键技术研究

针对万福矿井主井754.8 m超深厚冲积层冻结法凿井掘进和支护时存在的施工技术难题,开展了冻结壁稳定性、冻土掘进技术、高强高性能混凝土井壁支护技术等冻结井筒施工关键技术应用研究。采用冻土发展速度和测温孔实测温度2种方法推算开挖时间,确定了井筒的开挖时机。根据设计冻结壁厚度、设计冻结壁强度、冻结壁变形校核结果,确定了冲积层安全掘砌段高和井帮暴露时间。通过现场试验,采用伞钻配锚杆钻机机头、麻花钻杆、"Y"字形钻头钻凿冻土炮眼,选用耐低温型水胶炸药,采取炸药保温措施解决了冻土钻眼爆破的施工难题。开发了砂石筛洗装置、井上螺旋输送机输送混凝土系统和井下固定式分灰器,保证了高强高性能混凝土尤其是钢纤维混凝土的制作和输送质量,解决了深厚冲积层冻结井筒支护施工技术难题。     

神木输水工程竖井冻结监测分析

神木县输水工程竖井冻结法施工中,对冻结盐水温度、冻土温度、水文孔水位等方面进行了跟踪监测;通过对监测结果进行分析研究,获得了冻结盐水温度、冻土温度、水文孔水位等变化规律,在此基础上提出了竖井冻结施工的建议。研究成果可供其它工程参考。     

立井冻土段爆破掘进施工

从鹿洼主井冻土爆破掘进的工程实践，总结了防止冻结管断裂以及冻土爆破方法的经验。     

潘北矿副井基岩段快速掘进技术

潘北矿副井主动采用"S"孔地面预注浆与冻结造孔同时施工方法,实现了两者的完全平行作业,注浆后井筒实际涌水量为0.15 m3/h,堵水率为99.8%;满意的注浆效果为井筒基岩段快速掘进施工提供了可靠的保证。井筒掘进选用先进的掘进设备、合理的爆破参数,爆破效率达93%,结合工程实际提出了预防拒爆的主要方法。     

浅谈硬岩条件下竖井爆破掘进技术

竖井井筒施工时,当岩石普氏系数f≥14,就存在钻眼时间长、爆破效果差、掘进速度慢等情况。如何在硬岩条件下高效爆破、快速掘进施工,对缩短井筒施工工期,保证整个矿山的顺利建设意义重大,本文总结的竖井爆破掘进技术,可在类似地层井筒施工中推广应用。     

冻结壁形成特性预报与冻结调控机制在赵固二矿西风井中的应用

赵固二矿西风井井筒穿过冲积层厚704.6m,是我国第四个穿过700m冲积层的井筒。砂性土层最深控制层位冻结壁设计厚度10.3m,平均温度-21.5℃|粘性土层最深控制层位冻结壁设计厚度9.9m,平均温度-19.0℃,掘进模板段高2.5m。调控实现不同层位冻结壁设计厚度、平均温度、井帮温度,不仅能检验冻结方案设计的科学合理性,还对该井冻结段安全经济、快速施工具有重要意义。本文介绍了该井开展冻结壁形成特性实测分析、工程预报及对冻结过程调控,实现了冻结壁设计指标,取得超700m深厚冲积层冻结段安全快速施工成功案例。     

提高竖井深孔爆破效率的途径

根据国内外竖井施工实践,采用深孔爆破以提高掘进循环进尺,减少每米井筒掘进辅助时间,充分发挥掘砌设备潜力,是加快竖井井筒施工进度,缩短井筒建设工期的重要措施之一;而提高深孔爆破效率,又是确保掘进循环进尺的关键问题。某矿新副井工程在施工过程中,曾对提高深孔爆破效率问题,进行了前后六十     

深厚软岩地层冻结关键技术

为完善软岩地层冻结理论体系,研究了冻结壁厚度计算方法和基岩冻结的特性,在深部软岩地层冻结工程中,在分析基岩冻结特性、基岩地压特性与冻结强度特性,以及这些特性在冲积层中的异同点的基础上,得出了深厚含水基岩仍可采用多姆克公式,以及在地压与冻土强度上进行优选的基岩冻结壁厚度计算方法;在冻结设计过程中应用冻结壁形成特性综合分析方法,结合工程实例进行分析预测,提出冻结设计优化方案,在冻结施工过程中制定和采用相应的冻结和监测调控措施,重点对冻结盐水温度、流量进行有效监测与调控,实现了冻结工程的安全快速施工。     

立井井筒大断面爆破作业技术及实践

巴拉素煤矿设计井底车场贯通巷道水平下移,原井筒井壁需要通过光面爆破进行局部破壁作业,工程技术要求高,难度系数大。为了防止爆破施工破坏原有立井井壁混凝土强度,采用大断面网格化分段爆破方案并对安全技术措施进行分析。井壁破除施工采用“多打眼、少装药、放小炮”光面爆破法;以切割内层钢筋、交界处加密眼施工、爆破破除内层井壁钢筋、内层井壁混凝土破除、外层井壁破除等具体工艺进行施工并进行监测;最后,有针对性地采取了相应的安全技术措施。实践表明,该方案施工成本基本控制在预算之内,且保障了工程安全施工。     

赵固二矿西风井深厚冲积层冻结方案设计研究与应用

针对赵固二矿西风井冲积层深度超过700m,国内外类似立井施工经验少,冻结设计指导原则不统一的难题,通过分析总结已施工的深厚冲积层冻结井筒在施工过程中存在的问题,选择强化深厚冲积层冻结壁外侧冻结强度的冻结设计指导原则,采用以外圈为主冻结孔和按冻结孔功能分类布置的布孔方式,结合冻结壁形成特性综合分析方法对设计方案实施效果进行预测和优化,设计了赵固二矿西风井的冻结方案,并提出了井帮温度调控目标曲线。在冻结与掘砌相互配合所创造的良好施工条件下,该井冲积层段外壁掘砌平均速度达到87.1m/月。     

查干淖尔矿风井冻结温度场分析

采用ANSYS软件对查干淖尔矿风井冻结法施工的冻结温度场进行数值模拟,根据测温孔测得的温度数据,对冻土热物理参数进行了参数反演,获得了符合工程实际情况的冻土热物理参数,基于反演得到的最优参数,预测分析了井筒开挖层位的冻结壁平均温度、冻结壁平均厚度、井帮温度、冻结交圈时间等设计参数,为井筒的施工提供了科学的指导作用。     

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。     

基于冻结器内纵向测温的冻结壁薄弱点精准定位技术

人工地层冻结温度场研究是掌握冻结壁发育状况的必要手段,通常以测温孔的实测数据来推算冻土圆柱的有效冻结半径,进而预测冻结壁交圈时间,但该方法易出现局部冻结壁监测盲区。为准确判断冻结壁整体闭合情况,通过对冻结器进行纵向测温,建立了短时停冻后的单孔冻土柱瞬态数学计算模型,借助Maple数学计算软件将复杂公式数字化,揭示了冻土柱半径与回路盐水温度、停冻时间的关系。最后以中国东庞矿西庞风井作为工程案例,通过对各个冻结器内纵向温度数据的计算分析,确定了冻结壁的薄弱位置,为冻结壁“窗口”出水事故的处理提供了理论依据。     

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。     

人工地层冻结技术与我国的深立井建设

系统总结了人工地层冻结技术的发展及其在煤矿立井建设中的应用。针对我国今后将要在深厚表土地区建设大型煤矿的工程背景,提出了冻结法建设煤矿深立井需要解决的关键问题是深土冻土的基础理论研究、适用于深厚表土层的冻结壁设计、井壁结构设计以及深井冻结法施工技术。     

深厚表土层危险层位冻结温度场实测与数值模拟预测分析

介绍了对冻结深度为702 m、表土厚度583.1 m的郭屯煤矿副井危险的深厚粘土层的数值模拟,模拟了冻结壁温度场、平均温度、冻结壁厚度以及井帮温度,结果与实测相符。预测了井筒冻结情况的发展,指导工程的下一步施工。其计算方法和结果为今后类似工程的施工提供了重要的指导作用。     

冻结壁融化期间井壁受力变形分析与壁间注浆机理

针对深厚冲积层冻结井筒早期壁间注浆封水效果不好的难题,通过实测数据分析和理论计算对深厚冲积层冻结井筒的冻结壁融化特性、井壁受力变形和壁间注浆机理进行了研究。通过对现场测温孔实测数据分析,得到了不同土层的融冻时间比;通过理论计算表明,在冻结壁完全融化后,外壁的外表面承受着水土压力、内表面作用有壁间水压,在此情况下,外壁内表面径向变形比单独冻结压力作用下的外壁变形要小的多,总体表现为向外反弹;而内壁在壁间水压作用下向内位移,由于内、外壁变形位移方向相反,壁间空隙形成,从而为注浆浆液扩散提供了通道。提出壁间注浆的最佳时机应在冻结壁完全融化、在压力水作用下壁间间隙已经形成、内壁还没有出水前。并给出了具体的壁间水压监测系统,实行了壁间注浆信息化。