张集煤矿大直径钻井井壁预制施工实践

张集煤矿风井区2个大直径井筒共244节钻井井壁在地面预制,井壁结构分为钢筋混凝土和双层钢板混凝土2种,井壁混凝土强度等级最高达到C80。在预制井壁施工中,采用了先进的混凝土泵送工艺,简化了施工环节,降低了劳动强度,加快了施工速度,提高了井壁质量,杜绝了过去高强混凝土预制井壁浇筑中产生的蜂窝、麻面、空洞、烂根等现象,取得了良好的技术经济效益。     

钻井法凿井井壁预制质量控制

龙固矿井主井井筒采用钻井法施工,钻井深度582．75m。混凝土井壁共121节,在地面预制。混凝土强度等级分别为C30,C40,C60,C65和C70;井壁厚度分别为550,650,700,850mm。结合工程项目具体条件,从多方面入手,并考虑当地气候条件,采取行之有效的质量控制措施,确保了高强大体积混凝土井壁预制质量。     

深部冻结井筒内壁早期温度-应力场演化特征研究

为了研究深部热-力耦合条件下冻结井筒内壁早期温度应力问题,基于固体热传导原理与轴对称热应力理论,提出了考虑如内热源、外部冷源、塑料板摩擦约束、上覆井壁荷载和地层侧压力等多种边界条件的深井内壁大体积混凝土热-力耦合方法。获得了深部冻结井筒内壁早期温度-应力场演化特征,确定了易出现早期温度裂缝的高风险区,提出了混凝土早期温度裂缝防治措施优化方向。结果表明:(1)应用热-力耦合数值模拟方法求解出内壁大体积混凝土温度、应变最大值与现场实测结果较一致;(2)由于内壁水化放热导致内壁浇筑后中心位置的温度远高于内、外缘附近区域,极易导致温度裂缝的出现;(3)内壁浇筑初期,内壁各个位置应变为正,呈内缘至中部大于外缘的规律;浇筑后期,内壁外缘至中心区域出现收缩变形,应变最大为-6×10~(-5);(4)内壁浇筑初期,内壁内部储存了一定的压应力,分布规律为内壁中部压应力大于内、外缘。随着内壁温度的不断下降,内壁外缘拉应力达到2.2 MPa,极易在此区域内出现井壁早期温度裂缝。     

龙固煤矿主井井筒高强度预制混凝土井壁冬季施工技术

龙固煤矿2个主井井筒设计净直径均为5.5m,设计深度均为582.75m。均采用钻井法施工,地面预制井壁,井壁混凝土设计强度等级分别为C30,C40,C60,C65和C70。着重介绍了高强混凝土井壁冬季地面预制施工技术措施及施工效果。     

机械钻井法施工矿山竖井预制井壁漂浮法安放工艺技术

结合河北遵化铁矿Φ5.6 m、深286 m矿山竖井工程,介绍了钻井法施工矿山竖井采用漂浮法安放预制井壁的工艺原理,以及相邻两节井壁连接时的测量方法、工艺控制和井壁安放完成后井筒垂直度的测量技术等。     

双层钢板约束混凝土钻井井壁力学性能数值模拟研究

运用ADINA有限元程序,对双层钢板约束混凝土钻井井壁在围压作用下的力学性能进行了数值模拟研究。结果表明,在含钢量接近的情况下,随着内、外钢板厚度之比的增大,钢板对混凝土的约束效应更加明显,复合井壁的极限承载力随之提高。这说明仅考虑环向荷载时,将更多的钢板置于井壁内侧更为经济合理。     

深厚冲积层中钻井法钻深对井壁稳定性的影响研究

根据工程实例建立起数值模型,利用数值分析方法研究钻井深度是否对井壁的稳定性构成影响.结果表明,随着钻井深度的增加,井壁的最终位移状况没有发生明显改变.井壁的稳定性与冲积层中土的性质密切相关,砂土层的井帮内易出现一定的塑性区域,稳定性较差.     

金桥煤矿孤岛工作面形成过程中应力场演化研究

以金桥煤矿孤岛工作面2321为例,采用FLAC~(3D)数值模拟软件模拟分析了两侧工作面开采后侧向支承应力的分布状态,得出:单、双侧工作面开采时,在工作面还未采到测线时,测线处的垂直应力近似等于原岩应力,但双侧工作面开采时的应力略高于单侧开采。当工作面推过测线后,测线处的垂直应力随之增大,当上覆岩层彻底稳定后,垂直应力达到最大值。     

深部冻结井壁早期温度应力计算方法研究

为了研究不同时间节点深部冻结井壁早期温度应力变化规律,基于热传导原理与热弹性力学理论,推导了考虑冻结井壁温度演化过程与混凝土弹性模量变化的冻结井筒内壁早期温度应力解析解。以红庆河煤矿一号风井1.7 m厚壁座为例,分析了冻结井筒内壁早期温度应力的分布规律,确定了造成早期温度应力导致井壁裂缝高风险区的主要原因。研究表明:(1)早期径向应力σ_r整体表现为压应力,σ_r最大可达-2.2 MPa,且总体沿冻结壁向井壁内缘方向逐渐减小;在井壁任一位置处,σ_r随着龄期的发展呈现先减小后增大的规律;(2)早期环向应力σ_θ整体表现为压应力,σ_θ最大可达-8.98 MPa,趋向冻结壁时,σ_θ先迅速减小;趋向内壁缘时,σ_θ先增大后减小;(3)早期竖向应力σ_z表现为压应力,σ_z最大可达-19.64 MPa,且整体随着龄期发展呈现先快速增大而后缓慢减小的规律;(4)建议未来进行冻结井壁温度应力理论计算时,应根据工程类比...     

复杂应力作用下基岩破碎段井壁变形特征及加固技术研究

基于河南大有能源石壕煤矿副井+215~+185 m井筒的实际地质条件,通过现场调研,分析了井筒变形破坏段的破坏特征及破坏原因;借助FLAC3D数值模拟软件,研究了不同锚索预紧力下井筒两侧岩柱内的应力场、位移场及塑性区的分布规律。研究结果表明:在对穿锚索作用下,随着锚索预紧力逐渐增加,岩柱内的垂直应力逐渐增加,塑性区范围逐渐减小,岩柱两侧井壁的水平位移也逐渐减小;对穿锚索的高预紧力作用,能有效提高井壁围岩的自承能力;对锚索进行全长注浆锚固,能有效减少锚索预紧力的后期损失,井壁围岩的稳定性得到增强。井壁围岩变形实测结果较好地验证了本文数值模拟的结果,研究结果对于类似条件下井壁的破裂治理具有重要的指导意义。     

不同断层倾角下煤系断层应力场演化规律研究

为深入了解煤系断层构造带应力场演化特征,以重庆石壕煤矿为例,通过物理相似模拟研究不同倾角断层在水平应力作用下破坏形态及内部的应力变化规律,同时结合数值模拟软件PFC分析不同断层倾角下应力增高区范围与断层破坏的影响。结果表明：断层倾角较小时发生滑动破坏,随着倾角的增大,断层两端应力无法通过滑动卸载,破坏形式逐渐变为剪切破坏;加载时断层下盘区域产生应力集中,断层倾角增大使得应力增高区因不同的破坏形式从下盘煤层区域向下盘顶、底板区域转移;通过PFC数值模拟,可以有效观测到模型内部裂缝,并对试件内部微裂缝进行考察研究与物理试验有着较好的一致性;通过力链分析发现,断层倾角变化会诱使应力增高区从煤层过渡到力学性能较强的顶、底板。     

单向应力下类岩石试件预制浅裂隙发育规律及破坏特征分析

我国西南煤矿在开采过程中覆岩裂隙发育显著,开采扰动较强,围岩控制难度较大。为研究含裂隙岩石破坏机理,改善西南矿区围岩控制效果,采用单轴压缩试验结合DIC技术研究了裂隙倾角、裂隙数量等对类岩石试件力学特性、表面变形场、裂隙扩展路径的影响。结果表明：裂隙倾角由0°和90°变化至45°的过程中,岩石单轴抗压强度降低程度分别由12.47%和16.66%增至28.83%,单裂隙试件、双裂隙试件、三裂隙试件的平均峰值强度分别为完整试件的80.24%、69.07%、56.94%,单裂隙类岩石试件在单向应力下,常沿裂隙端翼出现裂纹扩展,多裂隙类岩石试件则出现与加载方向平行的裂隙。当单裂隙试件裂隙倾角为45°和60°时,试件最大主应变超过完整试件;在多裂隙试件中,仅双横向裂隙试件有此现象。此研究结果可为控制我国西南煤矿围岩稳定性提供理论依据。     

煤炭地下气化过程中温度-应力耦合作用下燃空区覆岩裂隙演化规律

进行了高温下泥岩和砂岩的热物理性质实验和单轴压缩实验,获得了不同温度下岩石比热容、导热系数、弹性模量和单轴抗压强度等基本物理力学参数。基于热力学与弹性力学理论,建立了考虑岩石损伤演化的温度-应力耦合作用控制方程,并以某煤炭地下气化现场的工程地质条件为背景,对温度-应力耦合条件下燃空区覆岩温度场和裂隙场的演化规律进行了数值模拟研究。最后,采用现场钻孔观测试验法对燃空区覆岩断裂带发育高度进行了探测。现场探测结果与数值模拟结果基本吻合,证明了数值计算模型及预测结果的合理性。