斜井冻结和解冻全过程温度场演化规律研究

针对斜井冻结中存在的井壁浇筑水化热释放、局部冻结方式等问题,采用数值模拟和现场实测方法对袁大滩煤矿副斜井冻结和解冻全过程温度场的发展演化规律进行了研究,对斜井支护方式、停止冻结时间和局部冻结结构形式进行了探讨。结果表明,局部冻结时在非冻结段采用小尺寸冻结管或聚氨酯发泡方式的局部冻结效果并不理想,建议将局部冻结管做成双层套管,两层冻结管之间设置保温层,以维持聚氨酯材料的保温性能、减少冻土体积、减少制冷量的额外消耗|井壁水泥水化热的释放会造成井壁内部温度较高和周围的冻土融化,建议在外层井壁和冻土之间设置木背板或泡沫板等隔热材料,防止井壁内外温差过大而产生温度裂缝|根据井壁强度增长情况,确定合理的停止冻结时机。     

李家坝煤矿主斜井局部冻结施工

李家坝煤矿主斜井倾角20°,斜长1 440m,采用局部冻结方案施工,冻结起始位置距井口水平距离为250.41m,冻结斜长163.2m,冻结段水平长度153.4m,共分4段冻结。沿井筒长度方向布置了6排冻结孔,共455个,冻结孔施工质量均达到设计要求。冻结管采取了局部保温措施,减少了无效冻结段冷量损失,节约了冷量。冻结过程中,根据测温数据,对冻土扩展速度、冻结壁厚度及冻结壁平均温度等进行了分析计算,均满足设计要求。井筒开挖后,对井帮温度进行了实测。从开挖揭露的情况看,冻结效果良好,验证了冻结分析数据的准确性,保证了井筒冻结和掘砌施工安全。     

冻结法凿井对已施工井壁的保护技术研究与应用

本文通过实例分析,针对甘肃陇东地区宁正矿区邵寨煤矿回风立井井筒采用普通法掘砌至564.5m处因涌水无法继续施工,采用冻结法补充施工,考虑冻结施工面临的冻胀问题可能会对已成井壁结构的影响,结合理论分析在实践中应用了既有井筒冻结施工的保护技术,通过以往类似冻结工程,采取调整冻结施工参数、改变冻结方式、利用冻结信息化施工合理控制冻结施工过程、采用释放冻胀压力、热盐水循环控制冻土径向冻结壁径向温度和控制冻结温度等措施获得良好的效果,成功的保护了已施工井壁。为类似井筒采取合理有效的措施保护上部井壁免受负温及冻胀影响带了实践参考资料和经验,为指导施工提供了科学依据。     

厚表土斜井冻结凿井期井壁混凝土应变实测研究

为了研究斜井冻结法凿井过程中井壁结构的安全性,对哈密大南湖十号煤矿主斜井进行了现场实测,获得了主斜井冻结段井壁混凝土应变和钢筋应力的变化规律。结合混凝土极限拉压应变,分析了井壁结构的安全性,并对斜井冻结施工提出优化建议。研究表明:井壁浇筑后,混凝土应变变化可分为4个阶段,即紊乱期、应变加速增长期、应变缓慢增长期及应变稳定期,井壁真实应变应从紊乱期后开始计算;斜井井壁设计主要受拉应变控制;在大南湖十号煤矿主斜井施工中,井壁底板环向拉应变最大达1 280με,远大于混凝土设计极限拉应变,井壁圆弧段局部位置环向拉应变超过200με,井壁处于破裂危险状态。     

李家坝煤矿斜井局部冻结技术

针对李家坝煤矿斜井过流砂层工程特点和安全快速掘砌施工需要,提出并采用了分区、分期局部冻结方案。为最大程度节能,采用聚氨酯保温。工程实践表明,该矿斜井过流砂层局部冻结方案,技术可行、安全可靠、经济合理,为地质条件类似的斜井冻结施工提供了有益参考。     

富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律研究

为了研究富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律,以袁大滩煤矿主斜井为研究背景,从理论分析、现场实测和数值模拟三方面研究了富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律。给出了单根冻结管条件下斜井冻结壁温度场分布数学模型,并根据场的叠加原理给出了多根冻结管下斜井冻结壁温度场分布数学模型|斜井冻结壁现场实测结果表明：距离冻结管越近,冻结壁降温速度越快,冻结锋面发展速度也越快,且埋深对冻结壁温度场的发展有一定影响,但影响较弱|对比斜井冻结壁温度场数值模拟结果和现场实测结果可知,冻结过程中斜井冻结壁温度变化趋势基本一致,各测点温度差值小于2℃,说明文章提出的斜井冻结壁温度场数值模拟分析是可靠有效的,能较好地反映冻结冻结壁随冻结时间发展的一般规律。     

超深厚冲积层立井冻结爆破快速掘砌施工技术

以赵固二矿西风井工程为背景,从冻结方案设计、钻爆施工、装岩提升与排矸、井壁浇筑、施工组织及监控量测等方面,详细阐述了超深厚表土层冻结爆破快速掘砌施工技术。现场采用多圈冻结管对深厚表土进行冻结,实现不同地质条件下冻结温度的动态调控,为爆破掘进提供最恰当的冻土条件|不断优化爆破方案,辅以振速安全监控,实现冻土爆破的快速进尺与良好的爆破效果|根据土压力与工程结构受力情况,适时调整混凝土强度等级,保证竖井的稳定性|采取项目部管理法,以工程安全质量为前提,实现工程最短施工时间,达到最优经济效益|外壁施工采用“滚班制”,内壁施工采用“三班制”的作业制度,实现了深大竖井的快速掘进。     

立井冻结施工技术的讨论

对立井冻结施工的井壁结构、应力释放沟槽、预留冻土台、内外壁之间贴塑料板、内壁滑模套砌、合适开挖时间和掘砌段高进行实事求是的分析。     

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。     

西部地区淹水井筒冻结法施工监测分析

为了在西部地区某矿淹水井筒冻结法施工过程中,准确掌握冻土发展情况和冻土压力对上部已有井壁影响情况,对盐水温度、冻土温度以及冻土压力进行了实时监测;通过对监测数据的整理和分析,得出了淹水井筒在冻结过程中盐水温度、冻土温度和冻土压力的变化规律。分析结果表明,测温孔和泄压孔内外测温数据的结合,能更好地掌握冻土的发展规律,井筒周围的泄压孔对冻胀压力的减小有一定的效果,淹水井筒冻土帷幕形成后,通过提高盐水温度等措施,控制了冻土过快发展,冻土压力下降并趋于平缓,指导了井筒顺利排水和开挖,并保证了上部井壁的安全。     

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。     

聚氨酯保温对冻结温度场分布影响研究

为获取聚氨酯泡沫保温对冻结温度场分布的影响规律,采用ANSYS有限元软件和现场实测手段分别对保温和未保温冻结管外侧土体温度场进行了分析。结果表明:对冻结管采取聚氨酯泡沫保温后,最大温度梯度位于保温层,冻结管外土体温度为正,无相变发生;未保温冻结管外2.4 m范围内土体发生相变。聚氨酯泡沫保温技术可节约大量冷量。     

深厚卵砾石层冻结壁出水原因分析及治理

介绍了伊犁一矿副井冻结施工中冻结壁出水情况,为分析出水原因,进行了主圈冻结孔冻结器纵向测温;并根据单根冻土柱导热情况,建立了瞬时停冻后冻土柱内温度分布规律,借助Maple软件进行了分析计算。分析结果显示:副井存在一条由北侧流向南侧偏东的地下暗流,地下水的异常流动影响了冻结壁的交圈,而使冻结壁出现"窗口"。采用注浆降低地下水流速,并加强冻结的方式,有效地解决了地下水异常流动影响冻结壁交圈的事故,保证了冻结井筒施工安全。     

盐水流量对冻结器热交换系数的影响

随着科技的进步,在冻结凿井领域提出了控制冻结技术。冻结器冷冻效率受多种因素影响,包括土层性质、冻结管直径、冻结孔间距、冻结时间、盐水温度及盐水流量。分析了冻结器单孔流量对热交换系数的影响研究得出:调节冻结器单孔流量可以改变其热交换系数,实现冻结过程的有效控制,可以为以后冻结控制技术的实施提供参考。     

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。     

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。     

单冻结管隔热理论分析

在深井冻结施工中,为减少冷量损失或保护井口周围结构基础,理应控制浅部的部分冻结孔或全部冻结孔的冷量.根据单冻结管温度场数值计算,对几种隔热状态效果进行比较,得出了隔热与不隔热之间冻结管外表面热流密度的数量关系,可用于指导施工及冻结设计.     

冻结管差异温度强化冻结试验与数值分析

针对立井冻结工程中存在的局部难冻结地层,为对其强化冻结,提出了冻结管差异温度强化冻结方案。为验证差异温度的强化冻结效果,进行了单管冻结试验,同时基于有限体积法(FVM)原理,进行了强化冻结段-35℃、-40℃和-45℃三种条件下的单排管三维数值分析,并研究了冻结管上、下不同温度段的冻结温度场分布规律及冻结壁特征。结果表明:冻结管内可实现差异温度冻结,冻结管强化冻结段可显著增加冻结壁厚度、降低冻结壁平均温度并强化地层的冷能耗散,使局部地层受到强化冻结。     

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。     

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。