深厚冲积层冻结法凿井井壁设计中冻结压力取值探讨

我国冻结法凿井井筒先后穿过500m、600m、700m冲积层,现有规范只有小于500m冲积层的冻结压力取值方法。冻结压力是外层井壁强度和厚度设计的主要计算荷载,研究确定大于500m冲积层冻结压力标准值取值,对外层井壁科学合理设计和井壁安全施工具有重要的理论和现实意义。文章基于国内对深厚冲积层冻结井冻结压力实测结果分析研究,提出大于500m深厚冲积层冻结井外层井壁设计中冻结压力标准值取值方法,可供外层井壁结构设计和施工参考。     

袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工技术研究

以袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工为工程背景,研究冻结施工、凿井施工技术及安全措施。冻结施工采用分段冻结、异径管局部冻结工艺,利用多姆克公式计算冻结壁厚度,分析确定不同冻结段冻结壁的厚度。井筒掘砌施工采用掘进、浇筑外层井壁循环作业,循环段长为6 m,内层井壁与掘进、外层井壁施工前后平行作业。为防止施工过程中出现溃水、火灾等事故,在井壁接茬处埋设橡胶止水带,错开内、外层井壁混凝土接茬位置,合理布置切割冻结管设备。     

袁大滩矿主斜井冻结壁温度及冻结压力研究

以袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工为工程背景,计算得出冻结壁顶部和两侧的外荷载分别为1.53MPa和1.17MPa,利用FLAC 3D建立斜井冻结壁数值模拟模型,研究井筒施工一个6m掘砌段长后,冻结壁温度随时间的变化规律以及冻结压力的分布规律。结果表明:新浇筑外层井壁产生的水化热,使井壁壁后冻土产生融化,且回冻困难,需要采取积极冻结措施;冻结壁顶板冻结压力峰值约为2.1 MPa,两帮冻结压力峰值约为1.6 MPa,均大于冻结壁外载,冻结压力在井筒轴向分为压力降低区、升高区和稳定区,冻结壁顶部塑性区范围比两帮大,井筒顶板容易发生破壁事故。     

袁大滩矿主斜井冻结壁变形规律及稳定性研究

以袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工为工程背景,利用数值模拟软件FLAC~(3D),建立斜井冻结壁模型,计算井筒掘砌过程中,冻结壁空帮段和新浇筑外层井壁段冻结壁变形,研究冻结壁塑性区分布和稳定性。结果表明:冻结壁空帮段暴露1 d后,顶板和两帮变形分别为194和124 mm,最大变形速度为9 mm/h;外层井壁施工后,冻结壁变形得到有效控制。为避免冻结壁产生长期蠕变变形,应及时浇筑内层井壁;空帮段塑性区范围约为2.5 m,大部分区域仍处于弹性状态。     

顾北矿副井冻结井壁受力实测分析

为解决淮南顾北矿副井深厚表土层冻结法凿井出现的技术难题,在施工过程中对冻结壁井帮及外层井壁的温度和受力过程进行现场监测,获取了冻结井壁温度、受力和冻结压力的实测数据,分析得出深厚表土层冻结压力和井壁受力的变化规律。为冻结井壁的设计和实际施工提供了重要的指导。     

特厚冲积层冻结法凿井外层井壁关键技术分析

针对特厚冲积层中冻结法凿井外层井壁设计和施工中面临的关键技术难题,论文从冻结压力取值、提高井壁强度、外壁养护条件、高强混凝土应用几个方面进行了分析研究,提出了特厚冲积层中冻结法凿井在外壁设计和施工中应注意的一些关键技术问题。     

深厚冲积层冻结井筒外层井壁结构可靠性分析

双层高强钢筋混凝土井壁是我国深厚表土层冻结法凿井中的主要支护结构,为了优化冻结井筒高强井壁可靠性设计,采用概率极限状态设计方法替代传统的容许应力设计法,以丁集矿副井外层井壁501 m层位为研究对象,用ANSYS有限元程序对深厚冲积层冻结井筒外层井壁结构的可靠性进行分析。结果表明:有限元模拟得出该层位外壁的可靠性指标为2.98,与JC法理论计算结果基本相符。外层井壁可靠性影响因素按重要程度依次为冻结压力、混凝土轴心抗压强度、厚径比和配筋率。     

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。     

维尔德冻结井筒的掘进

西德瓦尔朱姆矿维尔德风井井筒深度为1060米,井筒净直径6米,冻结深度581米。在设计过程中采用了一些新原则(参阅本刊1982年第3期P60),例如:冻结壁作为外层井壁的一部分,共同承受外部荷载;采用多层混凝土砌块作为井筒的外层井壁,不同的地层所支护的砌块层数与厚度也不同;防水滑动井壁结构。根据这些设计原则进行了试验与计算,按照每个岩层不同的摩擦角和内聚力设计出不同的冻结壁与外层井壁。本文将要介绍该井筒的掘进工作、柔性外层井壁的砌筑、施工中冻结管的断裂以及该井所进行过的一些测试工作。     

斜井冻结壁受力与变形规律研究

采用冻结法凿井的立井井筒在我国已达1100多个,工程数量多,取得的实践经验相对丰富。而采用冻结法施工的斜井井筒只有30多个,工程实例少,施工经验匮乏,对斜井冻结的技术研究就更少。近年来因斜井开拓具有装备简单,运输能力大等优势,在我国西部地区得到广泛应用,因地质条件所限,采用冻结法施工斜井井筒越来越多,工程施工迫切要求对斜井冻结基础理论进行研究与探讨,文章以庞庞塔斜井冻结工程为模型,就不同深度(地压)、不同冻结壁厚度、不同强度的冻结壁与井壁的变形关系进行数值计算研究,探寻各变量之间的相互关系及影响大小,为斜井冻结设计与施工提供指导。该基础研究对斜井冻结多方案对比、优化设计、节能降耗具有重要的参考价值。     

冻结井筒双层井壁的计算

1964年,我国开始在冻结井筒采用双层井壁结构。外层自上而下短段掘砌,施工时承受冻结压力,解冻后作永久井壁的一部分。内壁自下而上砌筑,要求与外壁连成整体,共同承受永久地压的作用。此结构的受力特点:①套内壁前,外壁已在冻结压力的作用下;②永久地压包括土压和水压;③除外力外,还有温度应力和混凝土的干缩应力;④纵向、环向压力不匀、井壁有自重。因此,全面研究井壁受力状态,困难甚大。现就头两点讨论六个问题。     

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.     

深井冻结壁与外井壁共同作用的理论分析和计算方法

目前设计计算冻结壁所沿用的拉麦公式或多姆克公式,都是把冻结壁看作内表面裸露的厚壁圆筒,而未考虑双层井壁结构中的外层井壁对冻结壁的作用,因此其计算结果偏于安全,并且随着冻结深度增加冻结壁厚度的计算值也过大。本文认为,在冻结井筒中,冻结壁与外井壁可共同承受周围地压,它们可作为复合结构按一个共同作用的受力系统来设计。     

煤矿立井冻结井壁结构设计

冻结法凿井是目前国内外穿过厚含水松散层建井所采用的主要特殊施工方法之一。河南天中煤业有限公司安里煤矿从设计的角度探讨了主井(立井)冻结井壁结构的设计及计算方法,根据地质资料及井检孔资料确定井筒的冻结深度,计算出了内外层井壁厚度、混凝土强度及配筋情况,可为同类煤矿施工提供相关的设计数据和技术参考。     

深厚砂层斜井井筒沉降变形与监测技术分析

近年来我国西部冲积层地区开始有大量矿井采用斜井井筒冻结法施工并运营,由于冻结作用和运营期间水位下降等原因,均产生一定的井筒沉降变形,导致大长度斜井因不均匀沉降而造成井壁破裂的现象时有发生。针对此问题,本文以在深厚砂层中采取冻结法施工的榆林袁大滩副斜井为例,对斜井冻结法施工和运营过程中产生的沉降展开分析,通过对常用监测手段进行分析比选,进行监测方案设计。研究成果对于了解冻结施工的斜井沉降变形机理、设计沉降监测方案具有重要意义。     

我国煤矿冻结法凿井井壁应用大于C80高强高性能混凝土技术现状与展望

分析煤矿深厚冲积层冻结法凿井井壁应用大于C80高强高性能混凝土的必要性和冻结法凿井内外层井壁混凝土应用的严酷环境,介绍深厚冲积层冻结法凿井井壁高性能混凝土研究、应用现状与取得的重大创新性成果,指出当前设计和施工应用大于C80高强高性能混凝土存在的问题和对策。     

特厚冲积层冻结法凿井外层井壁受力实测研究

为解决济西生建煤矿主、副井筒特厚冲积层中冻结法凿井的技术难题，在施工过程中对外层井壁的内、外力进行了实时监测，获得了400m以下深厚黏土层冻结压力的实测数据。通过实测信息反馈，两井筒实现了动态设计和信息化施工。     

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。     

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。     

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。