特厚表土层钻井井壁底的数值计算与试验研究

依据山东万福矿井的地质条件,采用Ansys软件进行削球式井壁底模型计算,提出了最佳圆心角的概念,得出了最佳受力形式削球式井壁底结构.通过模型试验,揭示了井壁底的破坏形式和极限承载力,为今后特厚表土层钻井井壁底的应用提供理论与试验基础.     

特厚表土层削球式井壁底的受力机理及影响因素分析

以拟建中的山东某矿风井(钻深760 m左右)为原型, 采用数值计算方法对削球式井壁底的受力机理及影响因素进行了系统研究, 得出了影响削球式井壁底受力的主要因素, 提出了改善井壁底受力状态的最佳圆心角概念, 推导出最佳圆心角与厚径比的关系式, 为今后特厚表土层钻井井壁底设计计算提供了参考依据。     

充满配重水钻井井壁筒在泥浆中竖向结构稳定的理论研究

提出了被广泛采用的钻井法施工悬浮下沉井壁有其深度极限的概念, 分析了泥浆中钻井井壁底接触岩石后的受力状态,建立了固井前泥浆中充满配重水井壁的力学模型,该模型类似于液体中的有底管状细长压杆. 以能量法为基础,利用结构稳定理论和流体力学理论原理,推导了井壁结构轴向临界稳定高度的解析式,并给出了典型算例. 强调了工程设计中利用该公式的注意事项,提出了井壁深度超过屈曲极限后可以改变井壁结构或改变井壁下沉方法的建议. 最后,指出进一步研究这一问题的内容和方法.     

钻井法施工阶段变刚度井壁结构整体稳定性分析

在分析钻井法井壁结构施工受力以及稳定性影响因素的基础上,建立了固井前井壁结构稳定性分析的力学模型.该模型考虑了井壁分段数、节间连接刚度、井壁刚度分布以及井壁荷载分布等影响井壁整体稳定性的因素.通过理论推导,得出了井壁结构的稳定系数和稳定性判别公式,并编制程序实现了求解.经程序计算,定量分析了上述各个因素对井壁结构施工整体稳定性的影响,并对数据进行拟合,得出了稳定系数的实用计算公式.     

钻井井壁结构局部破坏及其防治对策

分析了钻井井壁局部破坏中的井壁破坏形态及其规律。对今后钻井井壁设计与施工提出了一 对策，即从结构入手增加其强度；从工艺入手把握壁后充填效果，强化节间注浆的作用；另外，加强对结构受力的观测。     

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。     

地面抽采瓦斯钻井井壁受力研究

为了研究地面瓦斯抽采钻井井壁结构的受力情况,利用MATLAB建立不同对地面钻井施工及煤层回采过程中的数值模型,解算地面钻井井壁不同层位(完整岩石段、遗留采空区段、表土层段)塑性应变和位移变化量,研究得出了不同钻井、不同区域段在不同时期的受破坏危险性,进而指导钻井施工与维护过程中对不同位置进行相应的、有针对性的保护,以提高钻井的安全稳定性,增加地面瓦斯抽采钻井的服务寿命。     

变断面深厚表土钻井井壁竖向结构稳定性

采用理论分析和有限元分析2种方法深入研究了变断面深厚表土钻井井壁竖向稳定性问题.用外推法建立了变断面非满水钻井井壁竖向稳定临界深度计算公式,并分析了其影响因素;借助ABAQUS软件分析了不同阶段钻井井壁的竖向稳定性问题,计算了钻井井壁竖向稳定临界深度,分析了井壁自重、不同边界条件、井壁底部接触面积对竖向稳定临界深度的影响.结果表明,井壁筒受力状态和边界条件对竖向稳定临界深度的影响最大.     

钻井井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性计算方法探讨

针对目前深钻井工程井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性临界深度计算结果与工程实际相差较大的难题,论文通过对深钻井井壁筒悬浮下沉到底后的受力分析,建立了新的计算模型,并基于结构稳定理论与能量法,推导出了第一段高充填前、后井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性临界深度计算新公式,采用实例计算表明,井筒临界深度都大于井壁筒的实际深度,并具有一定的安全储备,井壁筒不会发生竖向结构失稳。目前,这一研究结果已在4个井筒的深钻井工程实践中得到验证。     

光纤光栅技术在井壁融化期间变形监测中的应用

针对深厚松散层冻结井筒解冻期间井壁受力特性变化复杂的难题,为确保板集煤矿副井井筒施工安全,基于光纤光栅传感技术,分析了传感力学模型,采用埋入式FBG传感器构建了在线监测系统,对井筒井壁结构进行信息化监测,获得了多方位、多层位井筒应变的实时数据。通过与传统的振弦式传感技术监测数据相比较,发现2种监测结果在时空上具有一致性,都能基本反映副井井筒弯曲段复杂受力状况。应用结果表明:光纤光栅传感监测系统可在线实时监测井壁内部混凝土的应变变化情况,可较准确地掌握整个竖井井壁的安全状况。     

特厚表土层钻井井壁底结构分析与设计优化

针对目前特厚表土层深钻井工程井壁底常用设计计算方法不能反映结构的细部应力特征、且支承环应力与实际状态不符的难题,采用有限元法对淮南张集煤矿西区进风井井壁底结构进行了数值分析,计算结果表明,原设计井壁底结构中壳体与支承环相交处内缘径向应力最大,为-34.54 MPa.在井壁底结构设计时,可取支承环高度2.0 m进行计算.通过设计优化,井壁底结构中最大应力得到大大降低,只有-12.68 MPa,满足了设计强度要求.工程实测结果表明,优化后井壁底结构中实际钢筋的最大应力为-67.20 MPa,混凝土最大应变为-351 με,且都远小于他们的设计值.优化后的井壁底不但节约了混凝土浇灌量,更为重要的是中间部位没有浇灌实,为后面破锅底爆破工作创造了自由面,加快了施工进度.     

深立井井壁结构设计中存在问题及解决对策

文章的主要目的是指出目前深立井井壁结构设计中存在的问题、该方面研究的现状,同时给出了解决的对策。文章明确了挡土墙平面地压公式和重液理论计算公式,在井壁结构设计中的存在问题,指出了表土沉降过程中立井次生地压的存在,井壁破裂的力学机理等内容,最后从改变井壁受力状态角度给出了井壁结构优化的对策。     

深厚表土层井壁温度竖向附加应力分析

深厚表土层竖井井壁破裂是严重危害煤矿生产的地质灾害。温度作用是导致井壁内竖向应力增大而诱发井壁破裂的一种重要因素。为了分析深厚表土层立井井壁因温度作用产生纵向膨胀对井壁受力状态的影响,在分析井壁与土体相互作用的基础上,根据热力学和弹性理论建立了井壁和土体剪切作用的弹塑性模型,推导了井壁温度竖向附加应力的计算公式。进一步分析表明：井壁内温度竖向附加应力随深度呈不断增大的趋势,并在基岩附近达到最大值;温度竖向附加应力随着弹塑性剪切段分界点的深度近似呈线性增加。这些结论有助于加深对深厚表土层井壁破裂机理的认识,并对井壁破裂预防治理具有理论指导作用。     

超深竖井建设基础理论与发展趋势

简述深井开采定义及其需要考虑的因素,借以区分"深井开采"与"深竖井"定义,包括不同国家对超深井开采界定深度,提出深井开采应注意的关键问题:采动地压与调控、降温技术;总结国外不同国家深井开采生产基本情况与深竖井建设情况,分析不同国家深井开采存在的区别;对当前我国在(拟)建深井矿山进行统计、总结,当前我国超深竖井建设主要在黄金、有色与铁矿行业,建设深度主要集中在1 500 m;与国外相比,我国深井开采矿山矿石种类单一、矿石品位较低。在超深竖井理论分析方面,分别从超深竖井井筒围岩应力解析、井筒断面结构设计、井壁支护结构等方面,详细介绍当前理论与设计存在的问题,提出目前我国超深竖井建设需要解决的核心理论与关键技术。在超深竖井建设技术方面,分别从凿岩爆破、综合化机械施工、吊盘以及钢丝绳提升等方面,详细叙述我国超深竖井建设存在的问题。针对复杂应力环境下超深竖井井筒围岩稳定性控制,提出(类)椭圆形井筒结构及释能井壁支护形式;系统介绍了凿井设备、吊盘以及钢丝绳等研究进展,为我国超深竖井建设提供借鉴。     

深竖井开挖施工工艺优化与数值模拟分析

深竖井开挖过程中，随着开挖深度的增加，围岩应力集中现象愈加明显，容易导致围岩失稳和井壁衬砌结构开裂或破坏。为了让竖井开挖过程中围岩的应力、位移得到充分释放，在新城金矿-930 m深竖井施工过程中，提出“三掘一砌”的施工工艺，并与原“一掘一砌”的施工工艺作对比。研究结果表明：①改进工艺中围岩压力得到有效释放，衬砌的安全系数明显提高，有利于深部井筒的稳定性；②由于施工工艺的改变，井筒围岩暴露面积增大，导致该处井筒衬砌比原工艺衬砌所承受的应力更大。因此，现场施工工艺转变应逐步实现，以免造成局部应力集中。     

凿井期冻结井外壁的力学模型及水平极限承载力研究

冻结井外壁浇筑后,受力状态逐渐由平面应力向广义平面应力转变,并承受急剧增长的冻结压力作用,因而确保早期水平承载力是外壁设计的关键.针对冻结井外壁的受力特点,分别基于两种混凝土强度准则,推导出了平面应力、广义平面应力、平面应变状态下外壁水平极限承载力的计算公式.研究表明:外壁水平极限承载力取决于井壁断面特征系数、混凝土应力状态、混凝土的单轴抗压强度;与平面应力状态相比,平面应变状态下外壁水平极限承载力显著提高.为确保冻结凿井工程的安全,外壁应尽量按平面应力模型或广义平面应力(如能确定值)模型而非平面应变模型开展设计,否则水平极限承载力将被显著高估.     

西部地区深基岩冻结井筒井壁结构设计与优化

针对西部地区深基岩冻结井筒支护结构设计中出现的技术难题,通过室内冻胀试验结果表明：西部地区岩石冻胀性弱,冻结压力小,外壁设计主要应满足厚壁圆筒结构对厚度的要求。根据渗流场理论分析表明：在不进行壁后围岩注浆情况下,如果井壁基本不渗水,井壁将承受全水压;如果井壁出现渗漏水,则井壁承受的水压将大大减小,水压力折减系数主要取决于围岩渗透系数与井壁混凝土渗透系数的比值关系。在进行壁后注浆条件下,注浆效果越好,围岩渗透性越小,在井壁渗透系数相同情况下,井壁承受的水压力将得到大大减小。并提出可采用内、外壁间提前注浆技术、对壁后围岩进行深孔注浆等井壁结构优化途径。     

利用钢井壁及千斤顶强制下沉通过竖井流沙层

介绍了利用钢井壁及千斤顶强制下通过坚井流沙层的施工过程,论述了从钢井壁的设计、组装到钢井壁下沉通过流沙层的施工方法,并分析了钢井壁下沉过程中几种容易出现的故障处理。实践表明,采用该方法通过竖井流沙层施工成功率在95％以上。     

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.     

立井井筒水灾之井壁重复破裂的机理分析

文章的目的在于揭示立井井壁重复破裂现象与地下水位之间的关系,进而揭示了立井井壁重复破裂的内外机理。列举了20世纪80年代以后我国某些重复破裂井筒的破坏情况,详细地分析了地下水位下降与井筒周侧土体沉降之间的关系,研究了土体沉降的快速阶段与缓慢阶段,结合土与井筒外壁之间的剪切位移与剪切力之间的关系和物理学中的浮力原理,对井壁重复破裂现象给出了极具说服力的解释。研究结果不仅对立井井壁结构优化设计具有较高的参考价值,对立井井筒的防破措施的研究也具有极为重要的指导意义。