单层井壁竖直附加力变化规律的数值分析

深厚表土疏排水沉降地层条件下的井壁处于复杂的动态受力状态,井壁的受力变化主要与底部含水层的渗透系数、含水层固结沉降量、井壁与国土的耦合作用有关.为探讨井壁竖直附加力大小的变化规律,运用数值模拟方法对单层混凝土井壁进行了分析研究,得出:井壁的竖直附加力与底部含水层渗透系数成正比对数关系,与井壁混凝土的弹性模量成正比线性关系;同时发现复合载荷作用下井壁的应力应变关系是动态变化的,井壁的塑性区是多种载荷耦合作用的结果.因此,减小底部含水层的渗透系数、井壁混凝土的弹性模量,有利于减小井壁的竖直附加力,可提高井壁的可靠性.     

井壁高性能混凝土防腐蚀机理与性能试验

混凝土腐蚀是其力学性能衰减的重要因素,西北地区地下工程混凝土常受硫酸盐腐蚀的影响,造成结构失稳或达不到设计使用年限。以赵石畔井筒含水层为工程背景,分析井壁混凝土防腐措施,探究掺防腐剂混凝土的微观形态差异和仿钢纤维提高混凝土的力学性能。发现掺加复合防腐剂的混凝土试件的微观结构相对密实,能够降低可侵入混凝土中硫酸根离子浓度并细化毛细孔的孔径;仿钢纤维对井壁混凝土强度具有明显的增强作用,能够显著改善C50、C60、C70井壁混凝土的力学性能。根据井筒含水层水质特点,给出了井筒各段混凝土的复合防腐剂和仿钢纤维的建议掺量。     

厚风积砂覆盖地层立井井壁竖直附加力与井壁结构

采用物理试验方法,初步开展饱和砂与井壁混凝土界面竖向剪切试验,获得了界面竖向抗剪强度指标;基于数值计算,进一步研究厚风积砂覆盖地层立井井壁竖直附加力的变化规律。结果表明:风积砂地层中,井壁竖直附加力随深度的增加呈现出非线性增长规律,并在风积砂含水层与基岩交界面附近达到极值;进入基岩段后,竖直附加力部分由基岩分担,附加力急剧减小。在厚度超过100 m的风积砂地层中,随着含水层水位的不断下降(如超过20 m),传统的双层复合井壁结构在竖直附加力等作用下,于基岩交界面附近可能出现井壁破裂灾害,应采用适应地层沉降的可缩井壁结构限制竖直附加力的增长。     

含高矿化度水地层深立井井壁高强混凝土耐久性研究

为防止穿越高矿化度水地层深立井井壁遭受腐蚀而影响安全运营,开展了硫酸盐全浸泡下井壁高强混凝土耐久性研究。通过3种不同水胶比混凝土和2种经防腐处理的混凝土在硫酸盐环境中侵蚀180 d的抗压强度、质量损失、相对动弹性模量等性能对比试验,来研究高强混凝土的性能。试验结果表明:在各侵蚀浓度下混凝土试件的抗压强度、质量与相对动弹性模量随龄期都呈现出先缓慢增长后加速减小的趋势,相对动弹性模量与抗压强度的变化趋势有着高度的相似性;水胶比越小混凝土密实性越好,硫酸根离子在混凝土内部的传输受到抑制,对混凝土的侵蚀性越小,井壁耐久性越好,水胶比为0.26的混凝土在整个侵蚀周期内抗硫酸盐侵蚀性能表现最佳;在水胶比不变的前提下,内掺防腐剂对提升混凝土抗硫酸盐侵蚀性能具有一定效果,而采用抗硫酸盐水泥的防腐措施在较高浓度硫酸盐侵蚀条件下适用性较差。本研究结果可为西北地区穿越高矿化度水地层深立井井壁混凝土配制提供参考。     

西部侏罗系深基岩立井冻结温度场实测与分析

为掌握西部侏罗系地层深基岩立井冻结温度场发展规律,根据新街矿区红庆河煤矿二号风井井壁厚度及混凝土强度等级的不同,布设各监测水平,对冻结法凿井期间井壁与冻结壁温度进行现场实测,得到了该地区在特定条件下的温度场变化规律。结果表明,壁座大体积C70混凝土浇筑后,30~36h内水化热达到峰值,测到的最高温度为71.32℃,升温速率基本为40℃/d,降温速率为4℃/d左右。外壁温度变化可分为3个阶段,即线性急速上升阶段、非线性快速下降阶段和趋于稳定阶段。混凝土配合比决定了水化热的升温强度,井壁厚度决定了水化反应的时间跨度。     

信息窗口

地层加固法治理井壁破裂兖州矿业(集团)公司鲍店煤矿主、副井井壁,自1995年6月开始出现局部开裂破坏现象。为此,该矿采用地面注浆加固地层法先后对主、副井井壁进行了3次治理,取得良好效果。该矿主、副井井筒分别穿过厚度148·69 m和148·60 m的第四系冲积层。该处冲积层共有3个含水层。其中,下组含水层厚度为31 m,主要由砂、砂质粘土及粘土组成,粘土质含量比较低,含水和透水性好,是目前矿井开采中重要的间接充水含水层。通过实践,该矿总结出了地层加固法治理井壁破裂应当考虑的主要问题:(1)加固参数。主要指浆液加固区宽度及其与井壁外缘的…     

曹妃甸某场地地下水腐蚀性变化规律分析

该文以曹妃甸某工程为例,对该场地不同深度的地下水取样并进行水质分析。根据水质分析结果,判定浅层地下水中Cl~-、SO_4~(2-)、Mg~(2+)、总矿化度等腐蚀介质对混凝土结构及混凝土结构中钢筋的腐蚀性,并分析腐蚀性沿垂直方向及水平方向的变化规律,对地下工程的防腐设计和计算具有指导意义。     

蒙陕接壤区深埋型煤层顶板水文地质及水文地球化学特征

为了弄清蒙陕接壤区深埋型煤层顶板水文地质及水文地球化学特征,利用水文地球化学数据开展了综合研究,结果表明:白垩系志丹群与第四系之间水力联系密切,矿化度较低,属于HCO3-Ca型水,与志丹群底板标高没有相关性。安定组可有效地阻隔上部含水层水对直罗组的补给;大部分矿井主采煤层到安定组顶板距离较大(250 m),导水断裂带不会波及志丹群含水。主采煤层顶板含水层水中矿化度与地层标高呈负相关关系,大部分水样属于深部滞留型的SO_4-Na型水;但榆横北区的几个矿,普遍属于SO_4-Na·Ca型水,Cl/HCO3值也偏小,表明榆横北区上下含水层联系相对较好。     

榆横矿区巴拉素井田水文地球化学特征研究

榆横矿区(北区)内大型井田较多,煤炭资源丰富,但均受水害威胁。为了准确快速判别矿井出水水源,以巴拉素井田为例,采用水质全分析、同位素测试、有机物检测、腐蚀性评价等多种方法对各类水体的水文地球化学特征进行研究。结果表明:从地表水体→浅部含水层→深部含水层,总的水化学类型变化规律为HCO3-Ca·Mg→HCO3-Na→SO4-Na;各类水体由浅到深分别属于现代地下水、亚现代地下水,或亚现代与近期补给的混合水;TOC和UV254随着含水层深度增加而逐渐降低,不同水体表现出DOM荧光特征有所差异;随着埋深的增加,各类型水对混凝土结构腐蚀性、对钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀性和对钢结构腐蚀性等级由微弱到强。     

特殊地层条件竖井井壁破裂机理

应用模拟试验与现场工程监测等研究方法获得的井壁破裂机理说明，在深厚表土层中的含水层直接覆盖在煤系地层之上或与煤系地层有较好水力联系，含水层含水丰富，但疏排水时水补给不足的特定条件下（即特殊地层条件），由于采矿活动或人为疏排水使含水层水位下降而固结压缩，造成地层下沉；在下沉过程中，地层对井筒外壁施加一个竖直附加力，该力是导致井壁破裂的主要原因。对其它影响因素也进行了讨论。     

深厚冻结基岩中新型单层井壁的施工技术与混凝土应变实测

以呼吉尔特矿区葫芦素副立井为工程实例,详细阐述了国内首个基岩冻结新型单层井壁的施工工艺和混凝土应变实测方法,对施工过程中的技术难点进行了分析,给出了井壁混凝土的质量控制指标。现场实测表明：新型单层井壁混凝土应变是冻结压力、井壁温度共同作用的结果,其变化规律可分为OA , AB, BC, CD 等4个阶段;混凝土浇筑完毕后的99.6~149.5 d,混凝土竖向、环向压微应变极值分别达到－190.5～－458.0和－590.4～－799.1;混凝土环向压微应变极值为竖向的1.3~4.2倍,且最大不超过混凝土极限压微应变估算值 ε max 的25.7%;凿井期葫芦素副立井单层井壁处于安全状态     

在含水层中采用喷射混凝土施工井壁接茬

摩洛哥王国杰拉达煤矿三号井井深785m,净径6.8m,由我公司承包建设.在278m以上的含水层施工中,我们采用普通金属模板砌筑井壁.接茬的施工问题,经与西德咨询工程师多次研究,决定采用喷射混凝土方法施工.现将该方法介绍如下.一、接茬结构该井筒井壁为素混凝土结构,强度250bar,井壁厚度500mm.喷射混凝土接茬强度与井壁相同见图1,接茬高度200mm,为了使上、下两段混凝土井壁与接茬连接美观,接茬较井壁净半径大1cm.在含水层中,井壁施工结束以后,出水点多集     

竖井井筒特殊井壁段壁后动水帷幕注浆法封水技术

济源磨西煤矿主井井筒深130.0～160.0 m段为厚层粗粒砂岩含水层,且有断层伴生,该段井筒涌水量85 m3/h.采用强排、导水施工方案通过该段,但因施工中导水、排水不利造成混凝土井壁质量下降,井壁混凝土完好率不到60%,采用低注浆又使井壁多处发生破裂,壁后注浆封水率不到60%.为保留原井壁完整、不返工而达到封水之目的,采用深孔找源堵水、均匀布孔埋设长注浆插管、帷幕动水注浆方案,使封水率达到95%以上,保证了井壁的完整性,获得较好的注浆效果及经济效益.     

底部含水层疏水时表土层的流变作用及井壁受力模型

从厚表土地层底部持续失水压缩导致井壁纵向附加应力的基本观点出发,认为在厚层的松软含水表土土体内,因流变性而导致在含水层水位下降,应力积累过程中发生应力松弛现象。以二维轴对称Maxwell粘弹性模型反映土体流变性本构关系,用有限元法模拟土层和井壁内的应力演变规律。模型体现了含水层水位下降速度对井壁附加应力的控制,对众多井壁破坏为何都发生在建成后数年内的现象作出了诠释。     

自动补水法预防井筒破裂工程效果分析

为了预防立井井筒发生破裂并避免传统治理方法的缺点,根据井筒破坏机理,以及东滩煤矿地层结构特征,提出了通过上组含水层补充中下组含水层预防井筒破裂的自动补水法,并建立了一套完善的监控工程体系。通过对东滩煤矿西风井进行预防治理,并对补水前后含水层水位、地层内部变形和井壁稳定状态等进行监测分析,结果表明自动补水法可以有效解决含水层水位不断下降的问题,改善松散层的受压状态,实现对井壁破裂的预防和治理。     

冻结井筒双层井壁受力实测研究

大海则煤矿主井、1号副井、2号副井和回风井4个井筒主要穿过白垩系和侏罗系含水软岩地层,均采用冻结法施工,井壁结构均为双层钢筋混凝土。井筒施工中,选择4种典型地层,埋设传感器,对井壁受力进行实测研究。结果表明:该矿冻结井筒外层井壁受力状态是随施工的进行而不断变化的,与一般冻结井筒类似;双层井壁间注浆会对2层井壁应力分布产生巨大影响;通过壁间注浆,可以改善外层井壁受力状态,提高井壁整体承载能力。     

厚表土薄基岩凿井突水溃砂井筒破坏治理技术研究

针对厚表土薄基岩地层凿井井筒溃砂涌水综合治理修复技术难题,以两淮矿区某在建煤矿副井为工程背景,分析认为马头门上覆岩层受反复扰动发生弯曲下沉变形是该矿副井井筒破坏的主要原因,主、风井井筒破坏为副井引发的次生破坏。本着修复、预防并重的原则,制定"注、冻、修、防"井筒综合治理方案,即通过地面注浆改善地层性能,防止下部基岩再次发生弯曲变形;通过套壁与原井壁形成复合井壁,提高井筒在该复杂地层条件下的结构安全度;既有井筒围岩冻结作为套壁措施工程,为其施工提供安全保障。研发了系列井筒及马头门修复施工技术:(1)下行式钻注结合,见漏就注,多级套管的挠动地层注浆孔施工与注浆技术;(2)副井内、外排孔分别采用局部、全深冻结,主、风井全深冻结,冻结壁内均设置水文卸压孔,测温数据与数值模拟结合预测冻结壁发展的控制冻结技术;(3)依据井壁破坏程度采取不同修补方式的井壁修复技术;(4)组合钢板拼装和焊接、高性能混凝土(钢纤维混凝土)配制等内套钢板井壁施工技术;(5)壁后注浆加固马头门围岩,破损马头门破除,超强复合永久支护控制围岩,两侧同时分层修复架设施工技术等。综合监测结果表明:工业广场内地表沉降稳定;修复后的3个井筒内套井壁内力和副井壁间压力均小于设计值;主、风井井筒涌水量各为1m~3/d左右,副井井筒涌水量为4 m~3/d左右。采用该方案修复后的主、副、风3个井筒,符合相关规范(程)要求,井筒均处于安全运行状态。     

深井马头门处沥青块钢骨混凝土井壁结构的研究与应用

针对淮南新集一矿西区副井马头门及下段井筒处于强膨胀性泥岩地层中,对该马头门处立井井壁进行设计优化,选用了一种沥青块钢骨混凝土新型井壁结构。该井壁为沥青块缓冲层、密集槽钢井圈和钢筋混凝土的复合结构。采用有限元数值模拟方法,对钢骨混凝土井壁和原设计钢筋混凝土井壁的力学特性进行了对比分析。结果表明,相对于钢筋混凝土井壁,钢骨混凝土井壁的极限承载力可提高22%。沥青块钢骨混凝土井壁内力的现场监测结果表明,沥青块层具有较好的缓冲作用和调压效果,井壁结构受力状况良好且安全储备较高,进而验证了井壁结构优化方案的合理性和可靠性。     

富水厚软弱砾石层冻结壁与井壁温度场实测研究

塔什店矿区一号矿井风井363.7m深以内采用普通法施工,以下采用冻结法施工,冻结深度505m,冻结段地层内有2段富水软弱砾石层,厚度分别为95.24和47.98m。为确保井筒掘砌施工中,这2段砾石层冻结壁和井壁的安全性,在2段砾石层内,各布置1个温度监测水平,对冻结壁及井壁温度场进行实测研究。结果表明:1受浇筑的混凝土水化放热影响,冻结壁、外壁、内壁温度变化均经历了线性快速增长、线性快速下降和趋于稳定3个阶段。2内外壁混凝土浇筑后,混凝土一直为正温,养护环境良好;但混凝土井壁降温梯度大,易导致温度应力过大而产生裂缝。3浇筑内壁混凝土对冻结壁温度场的影响时间约为2个月,合理的井壁注浆时机应为浇筑内壁混凝土后2个月内。4由于受外壁混凝土水化放热影响大,砾石层冻结壁的安全性和设计需考虑外壁混凝土水化放热对冻结壁的影响。     

呼吉尔特矿区葫芦素煤矿水文地球化学特征研究

为了弄清葫芦素煤矿各含水层的水文地球化学特征,特别是对主采煤层(2-1煤)存在水害影响的侏罗系含水层,利用各含水层中水化学数据开展了相关研究,结果表明:葫芦素井田内,各含水层可划分为第四系松散孔隙含水层、白垩系孔隙裂隙含水层和侏罗系砂岩裂隙含水层,水体中矿化度自上而下逐渐增加,从500 mg/L逐渐增至5 700~7 800 mg/L,水化学类型变化过程为HCO_3-Ca·Mg型→HCO3-Na型→SO_4-Na型→SO_4·Cl-Na型。