冻结井壁混凝土温度场本构模型研究及应用

冻结井壁温度场分布情况复杂,并且受到井筒内空气、冻结壁等周围环境等因素的影响。考虑井筒内空气、冻结壁以及井壁厚度等影响因素,通过改进混凝土绝热模型,引进λ,m和n等参数,建立了混凝土井壁温度场本构模型。以营盘壕井壁温度实测数据为例,进行混凝土井壁温度场模型参数反演,并将得到的预测值与实测值进行对比分析,得出冻结井壁温度场分布以及随龄期的变化规律。研究成果对冻结井壁设计与施工有参考价值。     

接头刚度和地层抗力影响的弧形大板块井壁内力分析

论文从深冻结井筒外层井壁采用弧形大板块井壁结构的工况出发,考虑了井壁各段接头刚度kθ以及冻土壁被动抗力Pr对井壁结构内力的影响,讨论了两种因素影响下井壁内力的变化规律。分析结果表明：较柔性的接头和合理的冻土壁被动抗力Pr对降低井壁中弯矩的最大值、使各截面间的弯矩趋于均匀是有效的。因此,在此类井壁设计中考虑这两方面的影响可使井壁结构设计更经济合理。     

春晓气田定向井井壁稳定的力学分析

针对定向井井壁稳定问题,从力学方法分析井壁应力分布入手,建立了斜井井壁稳定力学模型,简要分析了孔隙压力、岩石力学参数、地应力、安全钻井液密度的计算,并根据春晓气田群实际情况,研究了该区定向井井壁稳定性随井斜角和方位角变化的规律与特点,得出了工区定向井安全钻井液密度计算方法.     

立井植筋井壁结构力学性能的数值模型试验研究

随着金属矿山立井井筒凿井深度不断增加,对于井壁的设计理论的研究日趋重要。本研究从深立井井壁设计理论存在的局限性和未来发展趋势出发,提出了开发“植筋井壁”技术、发展“加固类井壁”和丰富“广义井壁”概念的意义与必要性;确立了植筋井壁设计的力学模型,并提出了植筋井壁等效剪切模量的分析方法,从而完善了“包神”设计公式对于广义井壁的适用条件。采用数值模型方法,开展了三因素四水平的正交试验,分析了植筋直径、植筋数量和植筋长度三因素对植筋井壁等效刚度的影响规律,获得了相应经验表达式,为植筋井壁的设计和应用提供了理论基础。此外还研究了植筋下倾角对植筋井壁整体等效刚度的影响,得出下倾角度越大对井壁刚度的提高越不利的结论,说明了植筋钻孔保持水平对井壁刚度的重要性。本研究数值模型试验成果为深井“植筋井壁”技术开发和进一步应用奠定了基础。     

立井植筋井壁结构力学性能的数值模型试验研究

随着金属矿山立井井筒凿井深度不断增加,对于井壁的设计理论的研究日趋重要。本研究从深立井井壁设计理论存在的局限性和未来发展趋势出发,提出了开发“植筋井壁”技术、发展“加固类井壁”和丰富“广义井壁”概念的意义与必要性;确立了植筋井壁设计的力学模型,并提出了植筋井壁等效剪切模量的分析方法,从而完善了“包神”设计公式对于广义井壁的适用条件。采用数值模型方法,开展了三因素四水平的正交试验,分析了植筋直径、植筋数量和植筋长度三因素对植筋井壁等效刚度的影响规律,获得了相应经验表达式,为植筋井壁的设计和应用提供了理论基础。此外还研究了植筋下倾角对植筋井壁整体等效刚度的影响,得出下倾角度越大对井壁刚度的提高越不利的结论,说明了植筋钻孔保持水平对井壁刚度的重要性。本研究数值模型试验成果为深井“植筋井壁”技术开发和进一步应用奠定了基础。     

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.     

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.     

削球式及椭圆回转式钻井井壁底力学性能分析

钻井法凿井是采用大型钻井机经一次或几次扩孔施工竖井井筒的方法,钻井底部井壁底结构承受最大的水泥浆压力,容易发生破坏。根据钻井井壁底飘浮下沉中的实际工况建立模型,采用ANSYS计算软件对削球式和椭圆回转式2种井壁底的力学性能进行有限元分析,分析2种井壁底的应力分布规律和受力的主要影响因素,同时选取受力形式相对较好的削球式和椭圆回转式模型进行关键点受力比较,提出了对深厚表土层钻井井壁底的最佳结构形式,为今后采用钻井设计与施工时选择最佳井壁底结构形式提供参考。     

冻结井预制弧板井壁接头刚度模型

研究了影响冻结井预制弧板井壁变形特性的接头刚度.将接头垫层受力特性抽象为若干弹簧,通过力学平衡条件和合理的简化,建立了接头刚度理论模型;考虑到工程应用实际,推导了接头刚度工程实用简化公式;通过理论计算与试验结果的对比,验证了冻结井预制弧板井壁接头刚度模型的合理性.     

复杂碳酸盐岩地层井壁失稳机理分析

研究井壁失稳机理是进行井壁稳定性评价的基础,也是给出其防范措施的依据.针对复杂碳酸盐岩地层井壁不稳定的五类地层,即地应力不平衡地层、盐膏岩地层、塑性和流变性灰岩地层、裂缝较发育地层以及胶结性差的破碎性地层,主要分析研究了井壁剪切应力崩落的机理、井壁张性应力压裂的机理及井壁剪切错动破裂的机理;并对盐膏岩的蠕变与塑性变形的因素进行概述;最后对后三类地层的井壁失稳机理作了简要分析.通过对井壁失稳机理的分析,弄清了碳酸盐岩地层井壁失稳的内在因素,进而指出相应的防范措施,以求在碳酸盐岩地层中保持安全、快速、优质地钻进.     

基于ANSYS Workbench振动筛激振器轴强度有限元分析

激振器作为激振力的来源,能否稳定可靠地工作对于振动筛尤为重要,而激振器轴是激振器的核心部件之一,其受力情况复杂,有必要对其强度进行分析校核。采用SolidWorks建立了激振器轴、斜齿轮和偏心块的装配体模型,分析计算了轴在不同位置的受力情况,对危险工况进行了静力学分析,得到了轴的应力和位移分布情况。对轴进行了模态分析,得到轴的各阶固有频率,得知激振力频率远离固有频率,轴不会产生振动疲劳。最后对轴进行了非比例载荷寿命计算,得到其寿命和安全系数分布情况,得知其疲劳强度符合要求。为激振器轴的设计和改进提供了依据。     

深井回采巷道围岩破坏机理影响因素及FLAC3D模拟

对影响巷道围岩稳定性因素如围岩自身结构特点、围岩应力、支护形式等进行了初步分析,简要介绍了FLAC3D软件,并运用FLAC3D软件依照实际情况建立巷道围岩的数值模型,计算得出巷道围岩掘进及回采期间的垂直应力分布图,通过分析巷道掘进及回采期间不同的围岩应力分布图揭示了深井回采巷道围岩应力变化特征,以期为今后深井回采巷道支护生产实践有一定的指导作用.     

用最小轴功率原则选择轴流式通风机

在选取轴流式通风机的叶轮直径和转速时，为保证风机消耗的轴功率最小，分析了轴功率的各种影响因素，依据最小轴功率原则和风机经济工作条件，总结出从同类型轴流式通风机中，选择所耗轴功率最小的风机叶轮直径和转速的方法，即首先计算必需的叶轮直径和转速，实际选择时，再取大于必需值的标准叶轮直径和转速．实例证明，该方法计算量小、通风机消耗轴功率低．     

回采巷道向斜轴附近水患防治技术

由于富水层顶板工作面回采巷道向斜轴附近水平较低,极易使向斜轴附近回采巷道排水不力形成肓巷。文中通过对回采巷道向斜轴附近充水因素的分析,给出了工作面的正常与最大涌水量计算公式,提出了三种防治回采巷道向斜轴附近水患的措施,较好地控制了由于工作面涌水造成回采巷道向斜轴附近水患问题。为同类条件下回采巷道的水患防治提供了一定的借鉴作用。     

混凝土井壁竖向极限承载能力计算的研究

应用不同的约束混凝土强度理论，对混凝土井壁的竖向极限承载能力进行了计算分析，通过与试验结果的比较，认为进行混凝土井壁的竖向极限承载能力计算采用Ｏｔｔｏｓｅｎ准则和Ｐｏｄｇｏｒｓｋｉ准则较合适。为计算方便和精确，又对各种在等值测压条件下混凝土破坏准则进行了分析，最后利用试验结果，建立了一个形式简单、物理概念明确的混凝土井壁破坏准则，从而得到了该种井壁的竖向极限承载能力计算公式，可供设计时采用。     

冻结壁融化期间井壁受力变形分析与壁间注浆机理

针对深厚冲积层冻结井筒早期壁间注浆封水效果不好的难题,通过实测数据分析和理论计算对深厚冲积层冻结井筒的冻结壁融化特性、井壁受力变形和壁间注浆机理进行了研究。通过对现场测温孔实测数据分析,得到了不同土层的融冻时间比;通过理论计算表明,在冻结壁完全融化后,外壁的外表面承受着水土压力、内表面作用有壁间水压,在此情况下,外壁内表面径向变形比单独冻结压力作用下的外壁变形要小的多,总体表现为向外反弹;而内壁在壁间水压作用下向内位移,由于内、外壁变形位移方向相反,壁间空隙形成,从而为注浆浆液扩散提供了通道。提出壁间注浆的最佳时机应在冻结壁完全融化、在压力水作用下壁间间隙已经形成、内壁还没有出水前。并给出了具体的壁间水压监测系统,实行了壁间注浆信息化。     

不良地层竖井工程变形分析与返修支护设计

根据某矿山不良围岩的主井工程变形破坏特征,分析了该工程变形破坏的主要影响因素,在此基础上,进行了不同支护方案的井筒变形分析和稳定性研究,提出了释放位移的让压支护施工工艺,并通过数值模拟,建立了不同支护条件井筒收敛变形和工程稳定性与支护参数的关系,明确了最大允许释放位移量.根据理论分析和数值模拟确定了主井返修支护方案,并进行返修试验段试验.返修主井工程的变形监测和强度计算结果表明:主井返修支护方案是比较合理和安全可靠的,并在主井的返修施工中得以采用.目前,主井返修施工已经全部完成,工程基本处于稳定状态.     

疏水沉降下井壁次生地压及附加力分布规律

根据表土沉降过程中立井井壁的受力变形特点,将立井井壁的变形区域划分为塑性变形区和上、下弹性变形区,并针对3个变形区利用轴对称原理、弹性薄板理论和静不定问题的方法进行了力学上的计算分析,获得了每个区域的次生地压和井壁附加力的解析式及分布规律,计算结果与实际观测结果基本吻合。