巴拉素煤矿中央回风立井井筒差异冻结技术分析

依据巴拉素井田勘探报告及井检钻水文地质资料,从矿井中央回风立井筒冻结孔设计入手,通过对各个冻结管路盐水温度、冻土温度的实时监测数据的整理,寻找立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;结合测温孔和泄压孔内外测温数据,分析立井筒冻结发展速度,预测立井筒冻结管"交圈"时间和冻结效果,从而更好地指导立井筒顺利排水和如期开挖,保证了上部井壁的施工安全。     

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。     

赵楼矿副井冻结表土段井筒信息化施工

经多次调研论证,合理优化冻结方案,赵楼矿井采用三井共站模式集中设置冻结站;通过井筒冻结和掘砌的信息化施工,成功地开展了三大监测:地层冻结工程相关参数的监测,井筒工作面冻结壁与井壁的温度及变形监测,上部已成型井壁段的温度、受力及变形监测。对冻结壁发展情况进行不间断地预测预报,准确掌握冻结壁的发展,为冻结站合理地调整盐水温度和盐水流量提供依据,为井壁安全性评估、混凝土配比试验、井壁优化设计等提供可靠信息,为井筒掘砌安全、快速、连续施工提供保障,并通过内层井壁埋设的两层传感器实行井壁永久监测,以便后期维护管理。     

深井冻结井壁壁座设计的新问题——负摩擦力

壁座是支承井筒的基础,目前设计壁座时,不论采用何种施工方法,都假定壁座只承担其上部井筒的部分重量,井筒的其余重量靠摩擦力传给与井壁紧密接触的围岩。本文认为用冻结法施工井筒时,这种假定是错误的。作者指出在冻土段内的井筒,当冻土融化下沉时,围岩不但不能支承井筒,相反,在下沉过程中还将传给井筒向下的负摩擦力。文中提供了某冻结法施工的井壁壁座下的压力,在冻土融化过程中的变化情况的实测资料。并用理论公式推算了负摩擦力的量值,推证出基岩中围岩对井筒的正摩擦力计算公式。对于在设计冻结法施工的井筒时,应如何正确地选择壁座位置的问题也提出了建议。     

郭屯煤矿主井冻结法凿井信息化监测技术研究

郭屯煤矿主井冻结冲积层厚度为587.5 m,是目前世界上冻结冲积层厚度最大的井筒.凿井过程中,为保证冻结壁和井壁安全,实现安全快速施工,开展了信息化施工技术研究.通过现场实测,获得了凿井过程中上部已成型外层井壁段的温度、受力与变形,掌握了深部冻结井壁的径向荷载、钢筋轴力、混凝土应变的变化规律.在此基础上,评价冻结壁和井壁的安全状况,为凿井过程中的工程决策提供了科学依据.实测成果表明,冻结井筒外层井壁径向荷载受深度、土层特性、冻结情况和井壁结构等因素的影响.本文成果对于深厚冲积层建井工程有重要意义,为探索深部(冻)土的力学特性积累了丰富资料.     

千米立井大冻深快速凿井施工技术

在口孜东煤矿千米深冻结主井施工过程中,为使井筒安全顺利地穿过深厚冻结表土段和大段高冻结深风化基岩段,并快速建成大冻深千米立井工程,通过改进冻结法凿井机械化设备配套技术、优化井筒内的布局并加强井帮温度预测控制、提高掘砌质量速度和冻土挖掘能力、增加冻结壁承载能力等,有效解决了深井冻结地压大、大断面井筒施工速度慢、井壁易变形破坏和冻结管断管漏盐水等施工技术难题.井简掘砌速度连续3个月超130 m,最高月进尺达158.6 m.     

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。     

冻结井筒大体积混凝土井壁温度场实测研究

营盘壕煤矿副井井筒采用全深冻结法施工。井筒内壁浇筑施工中,通过对3个水平温度的现场实测,分析了井壁温度场变化规律。结果表明:大体积混凝土浇筑后,产生大量水化热,导致内壁温度上升,1.25~1.5d左右,温度达到峰值,最高达到86℃。水化热传递到冻结壁,导致冻结壁温度上升,最高达到21.9℃,升温幅度23.4℃,壁后冻土局部开始融化,最大融化距离达1 920mm,对井壁稳定性造成不利影响。之后,在冻结管盐水循环产生的冷量与水化热共同作用下,内壁及冻结壁温度开始下降。至浇筑后35d左右,内壁稳定在正温状态,对内壁混凝土早期强度发展有利。     

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。     

冻结器内测温判定冻结壁厚度的研究

根据在冻结法凿井工程中冻结器纵向测温的经验摸索,建立了停冻后的单孔冻土柱升温的数学计算模型,借助现代数学工具Maple6软件,将公式数字化和图形化,从而揭示了在瞬时升温过程中单孔冻土柱温度分布与时间、冻土柱半径之间的关系,为冻结器内测温、监控冻结井筒温度场提供一种理论依据,并给出了一个应用实例．     

深厚表土层冻结外层井壁受力状况的监测及分析

针对许疃煤矿中央风井深厚表土冻结凿井的技术难题,通过对冻结井壁受力状况的实时监测,获取了冻结压力、外层井壁钢筋应力和混凝土应变等数据.监测结果表明,冻结压力与深度并不一定成正比,其大小受土层层厚影响较大,且呈现出不均匀性;竖向钢筋主要承受温度拉应力,环向钢筋主要承受冻结压力引起的压应力;混凝土应变和钢筋应力的变化趋势基本保持一致.     

混凝土井壁水化热对白垩侏罗系地层冻结壁的影响

 根据现场实测结果,对内蒙东胜地区冻结法凿井混凝土井壁水化热对冻结壁的影响规律进行分析和探讨。获得内壁浇筑水化热对冻结壁的影响不可忽略,其影响使得井帮处正温持续时间较长,及侏罗系地层受其影响的冻结壁融化深度比白垩系地层要大200mm左右等结论。对内蒙地区冻结工法设计与施工具有重要意义。     

厚黄土冲击层冻结井壁温度场变化规律分析

依据大同煤矿集团麻家梁矿的副井工程实践,通过对冻结壁温度场动态监剥,分析了深部粘土层主冻结孔外侧、辅冻结孔内侧冻土的扩展状况,得出了冻结井壁温度场随时间的变化规律.研究结果对黄土高原冻结法施工温度场的监测和研究具有重要意义.     

井筒冻结壁强制解冻技术的研究与实践

针对冻结法凿井后冻结壁面临快速解冻的需求,将强制解冻理论与思想应用到井筒冻结壁快速解冻问题上。以冻结法凿井后的井筒冻结壁为研究对象,分析了井筒冻结壁强制解冻的特点及关键技术,创造性地提出了利用采暖锅炉产生高温热水并与盐水进行热交换,采用“二级循环”模式进行井筒冻结壁快速解冻的方法,对强制解冻参数进行了计算并设计了相应的强制解冻系统。强制解冻监测数据表明,强制解冻系统稳定可靠,且方法因地制宜,经济合理,强制解冻参数计算简便,基本能满足工程需要。     

深井井底车场高地应力硐室群稳定性分析

针对淮南朱集煤矿井底车场中央水泵房这一深埋大断面大规模高地应力松软围岩硐室群的长期稳定性问题,通过数值模拟研究了水泵房开挖、支护后围岩变形和应力场分布特征,采用振弦式混凝土应变计、钢筋应力计、压力盒监测水泵房二次衬砌,获取了二次衬砌混凝土应变、钢筋应力、二次衬砌所受压力的演化规律,分析评价了水泵房围岩稳定性和钢筋混凝土二次衬砌受力状态及其稳定性。数值模拟结果与现场监测结果吻合较好,研究结果表明：一次支护和二次衬砌支护后,泵房围岩变形收敛稳定,二次衬砌受力状态良好,所受最大围岩压力为62．5MPa,安全可靠,钢筋应力值、混凝土应变均未超过强度值。     

基于实测结果的立井井壁破裂及治理时间分析

为了确定注浆法治理井壁破裂的时间,以某矿副井历年来的井壁受力监测数据为依据,分析了井壁破裂治理前后竖向附加应变的变化规律.结果表明,靠近破坏区上方井壁的应变增量可以作为判别是否需要进行井壁破裂治理的依据;井壁破坏后稳定期内的应变值可以作为井壁二次破坏的预警值;应把井壁发生破坏后的稳定期作为首轮注浆治理时间;首轮注浆结束后,井壁应变积累至破坏后稳定期的应变水平的时间作为第二轮注浆治理时间.分析可知,合理地确定注浆治理时间,可以更大程度地缓释井壁的附加应变,延长井筒的服务年限.     

长城矿副立井破坏分析与抢险治理技术

长城矿业公司基建副立井出现了严重的井壁破坏,造成井筒建设停产.通过分析,认为井筒通过7号煤小窑采空区是井筒破坏的主要原因.为此有针对性地实施了"密集井圈 卸压槽 壁后注浆 锚杆加固"为主的抢险工程,井筒目前正常提升,取得了良好的治理效果,并且丰富了井壁破坏治理措施.     

赵楼矿深厚表土层冻结法凿井工程监测技术

结合赵楼矿深厚表土冻结法凿井工程,介绍了冻结法凿井中的地层冻结工程相关参数监测、井帮温度与变形监测和井壁收敛监测、上部已成型井壁段的温度和受力与变形监测,依据监测结果及其规律分析,主井及时中途套壁,副井在出现井壁裂隙的情况下坚持大段高掘砌.赵楼矿主副井外壁掘砌平均速度分别为88.33m/月和93.21 m/月,内壁套砌速度均超过280 m/月.两井筒施工与施工组织设计相比分别提前28 d和26 d通过冻结段,节约直接冻结运行费约396万元,实现了深厚表土冻结法凿井的安全、快速施工.     

深井地层冻结一线总线监测系统的研发

针对深井冻结监测中测点多、距离长的难题,分析了冻结温度场监测的内容与特点,提出采用一线总线技术构建统一的冻结监测系统的解决方案,即由DS18B20实现众多温度点的监测,而对于其他模拟信号与I/O信号,应用专门的一线器件将其转换为一线总线信号。针对一线总线监测系统的开发,介绍了以数据库为核心的一线总线集中开发环境软件的构建。一线总线监测模块为地层冻结监测系统的关键单元,通过应用高性能单片机、精准电平比较、增强驱动与阻抗匹配等措施,使一线总线网络的监测性能测点达到60个、分布距离超出800 m,满足了当前深井冻结监测的要求。     

深厚表土层井筒破坏预防性治理技术

介绍了济宁三号煤矿副井预防性治理过程中的经验,治理方案采用破壁水泥注浆和开卸压槽及注浆段井圈加固方法进行.通过对治理过程中井壁变形监测数据进行分析,指出注浆过程分为注浆稳定阶段和波动阶段.注浆稳定阶段应充分降低土层含水量和孔隙率;注浆波动阶段注浆应循序渐进进行,逐渐巩固初期注浆的效果.当回浆压力特别大时,应根据井壁动态监测数据及时调整注浆压力和注浆部位.针对井壁应变的安全监测报警值问题,提出采用控制应变增长速率作为报警限值的概念.