富水砂层斜井冻结壁变形有限元预测

为了保证富水砂层斜井冻结法凿井的安全进行,需对富水砂层斜井冻结法凿井过程中冻结壁变形规律进行预测。采用ANSYS有限元分析软件,引入冻结壁蠕变参数,对富水砂层斜井冻结壁变形规律进行预测,分析不同埋深和不同空顶距离下斜井冻结壁变形规律,研究结果可为穿越富水砂层斜井冻结法凿井安全施工提供一定的依据。     

白垩系地层冻结温度场实测与数值模拟分析

为了深入研究白垩系地层的冻结规律,现场实测并数值模拟了扎赉诺尔矿区灵东煤矿风井的冻结温度场,分析了其-260 m层位细砂岩的冻结壁温度场发展特性,给出了冻结壁发展速度等关键技术参数,并用数值模拟验证了现场实测规律。对该地区后续矿井的冻结设计、方案优化以及冻结施工具有指导意义。     

斜井垂直孔冻结温度场的数值分析与现场监测

在富含水地区冻结法斜井建设中,对冻结温度场的分析和监测是必不可少的,依托袁大滩煤矿斜井项目为背景,通过数值模拟分析和现场监测数据,研究斜井一号段在冻结过程中温度场的发展变化规律以及冻结壁的发展情况。研究表明,数值模拟结果和现场实测结果具有较好的一致性,使用COMSOL数值模拟软件对冻结温度场的发展预测是可靠的,其预料结果可用于指导现场施工。     

渗流地层斜井帷幕冻结温度场研究

以袁大滩煤矿主斜井治理工程为背景,研究了渗流地层斜井帷幕冻结的温度场发展规律。通过现场实测和数值模拟主斜井治理工程第1段-70 m细砂层在地下水渗流作用下的冻结壁温度场发展特性,为类似工程的设计与施工提供了借鉴。     

富水砂层冻结斜井冻结壁厚度设计

根据富水砂层松散地层的特殊性质将冻结井筒分为浅埋和深埋2种情况,分别采用岩柱法和普氏理论对井筒围岩压力进行分析,给出了井筒浅埋和深埋2种情况下富水砂层斜井冻结壁厚度计算方法,现场实践表明富水砂层冻结斜井冻结壁厚度设计方法是合理可行的。     

宁正煤田白垩系岩层冻结温度场实测与数值分析

宁正煤田煤层上覆巨厚白垩系富水岩层,井筒多采用冻结法施工。由于对该岩层冻结温度场扩展特性以及冻结壁受水化热影响范围等缺乏研究,导致冻结设计不合理、冻结壁交圈时间预判不准确等问题。针对上述问题,以宁正煤田新庄煤矿风井为背景,通过现场实测和数值模拟,对该矿井白垩系砂岩地层冻结温度场扩展特性、外井壁混凝土水化热对冻结壁的影响开展了研究。实测结果表明:砂岩地层冻结初期温度快速下降,平均降温速率达0.23℃/d,冻结锋面的发展速率达21.08 mm/d;混凝土水化热对冻结壁温度场的影响大,冻结壁的融化深度范围为440~480mm,距离外井壁50 mm的3#测点温度升高了33.6℃,平均升温速率达到了2.6℃/d。通过对数值模拟与实测结果比较发现:砂岩地层冻结壁扩展速度、井帮温度等参数值基本一致,能很好地预测冻结壁温度场变化规律。     

大断面斜井冻结施工多排管冻结温度场模拟研究

 本文以霍州煤电庞庞塔矿主斜井冻结施工为工程背景,采用ANSYS有限元分析软件和正交试验设计方法,对深厚富水表土层大断面斜井分段直孔冻结关键参数进行数值模拟,研究大断面斜井冻结施工多排管冻结温度场分布规律,探索并建立一套适用于大断面斜井穿过厚表土层富水段的竖直冻结技术。     

大南湖煤矿斜井冻结壁制造可靠性研究

为研究斜井冻结壁制造的可靠性,将FMECA运用到大南湖煤矿斜井冻结壁的制造过程中,通过分析斜井冻结制造过程中的主要故障模式、原因及影响,从而得出最大RPN值,确定出较大危害故障模式。根据FMECA的分析结果,针对冻结管的不同布管方式(单侧双排、三排管)进行数值模拟研究,通过冻结壁温度场的发展规律,研究了冻结过程中易产生故障的故障点,以达到控制风险源,提高安全可靠性的目的。     

冷媒温度和渗流速度对富水砂层冻结温度场的影响规律研究

针对天津地区地铁隧道施工中存在富水砂层等复杂水文地质条件下的冻结问题,通过室内模型试验和数值模拟的结合,研究了冷媒温度和渗流速度对砂土冻结温度场、交圈时间和冻结壁发展的影响。研究结果表明：随着冷媒温度降低,冻结管附近的温度梯度越陡,冻结壁也变得更厚。渗流存在时,渗流水将冷量从上游带到下游,阻碍了冻结壁在上游方向的发展,同时在一定程度上推动了冻结壁在下游方向的发展,导致冻结壁厚度不均匀。最终,冻结壁的形状从静水时的圆形发展为心形。在实际工程中,采用注浆等手段减缓渗流速度,并降低冷媒温度,可缩短交圈时间,确保冻结进程顺利进行。     

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。     

大断面斜井底部冻结段温度场模拟研究

 本文以霍州煤电庞庞塔矿主斜井冻结施工为工程背景,采用ANSYS有限元分析软件,建立了斜井底部温度场三维模型并研究了典型参数下其发展规律。研究结果表明,底部冻结温度场从时间和空间上来说都是不均匀的,各个位置的冻结壁向下发展的厚度和冻结壁平均温度均不同且随时间不断发展变化,受到下部地层热流的影响,其向下发展较慢。     

富水基岩长斜井冻结法凿井技术

以鄂尔多斯新街矿区某矿主斜井为研究对象,针对该斜井井筒涌水量大、冻结长度长的难题,通过理论计算、数值模拟及现场实测等手段,对斜井冻结壁形成规律、冻结壁自然解冻规律、冻结壁交圈、斜井分段冻结进行研究,优化设计了斜井冻结方案,将整个冻结段分成5段,分段冻结、分段掘进、分段砌筑,并实现了平行作业,使倾角达16°斜井顺利通过白垩纪含水层,创造了斜井冻结长度最长的记录,为西部矿区类似井筒的冻结施工提供了宝贵的借鉴经验。     

井巷围岩与风流间温湿交换理论模型及应用

结合金洲矿业集团金青顶矿区的实际情况,对井巷围岩与风流间温湿交换建立了数学模型,通过与现场实测结果比较分析,数值模拟的入风流温度分布与实测数据非常接近,在深度和水平方向上的变化较为明显,反映了实际岩层预冷降温系统中入风流在废弃斜井中的变化情况,揭示了井巷围岩与风流间的热交换规律,证明了所建立的预测模型在地温预冷分析方面的可行性并应用于通风系统的实际设计之中。     

基于有限元法的冻结温度场反演分析及预测

介绍了基于平面有限元模型的冻结温度场数值反演及模拟方法,考虑冻结孔实际偏斜和测温孔实测温度数据,进行冻结温度场反演和预测研究。得到模拟计算结果与冻结工程中测温孔温度实测值有较好的一致性,说明冻结计算温度场分布规律有较高的精度。     

郭家河煤矿冬季主斜井风流反向分析与治理

为解决郭家河煤矿冬季主斜井风流反向问题,对自然风压逆转井巷风流的原因及过程进行分析,结合理论分析提出了郭家河煤矿主斜井风流反向的3项治理方案,对郭家河煤矿通风系统进行合理简化,建立了矿井正常通风时期和反风初期的三维通风仿真模型,通过矿井反风初期三维通风模型对主斜井反风的3项治理方案进行网络分风模拟,优选出了提高副斜井风流温度这一治理方案。模拟结果表明:提高副斜井风流温度能够解决冬季主斜井风流反向问题,并能够降低主副斜井间的自然风压和矿井通风阻力,冬季地面气温继续降低时能够通过调整地面热风器功率提高副斜井风流温度,能够进一步防止主斜井风流反向的发生,保证了矿井通风系统的稳定。     

冻结井筒高强混凝土水化热规律研究

为了研究冻结井筒高强混凝土水化热规律,对井壁高强混凝土的水化放热规律作了试验研究,并结合有限元数值模拟分析发现:混凝土水化热对冻结壁的影响范围在0.5 m以内;井壁混凝土在浇筑后25～40d才进入负温养护,深冻结井井壁高强高性能混凝土的水化热最高温升一般发生在20～35h,比水利工程等大体积普通混凝土的最高温升提前了3～4d.     

厚砂土层斜井井壁应力分布规律三维光弹性模型试验

以穿越厚砂土层的某煤矿主斜井为工程背景,设计了物理模型试验,建立了斜井井壁三维光弹性应力冻结试验方法。实现了考虑斜向倾角作用下穿越厚砂土层斜井井壁应力状态的三维试验模拟,并结合应力冻结后模型横、纵向切片光弹测试得到的全场最大剪应力等值线图对井壁应力随埋深、环向角度变化规律进行了分析。研究结果表明,井壁横向切片内应力水平和应力分布不均匀性均远大于纵向切片,最大剪应力的应力集中区域出现在井壁两帮内缘水平面±25°范围内,斜井井壁顶部最大剪应力大于底部;随斜井井壁埋深增加,纵向应力近似线性增加,但不同环向角度对应的应力增加速度差异较大,从而导致不同埋深位置,井壁内部应力的量值和分布规律均有差异。     

花草滩煤矿轨道暗斜井变形破坏机理研究

随着煤矿开采深度的增加,U型钢被动支护难以缓解轨道暗斜井的变形。为解决轨道暗斜井巷帮移进和底鼓问题,采用数值模拟方法,分析了不同终采线位置时巷道的变形破坏规律,对煤柱宽度影响暗斜井围岩变形现象进行研究,总结出其内部应力分布规律。基于巷道塑性区演化规律,分析了暗斜井巷围岩的应力分布状态,发现巷道呈非对称性变形;此外,研究了相同应力分布特征、不同终采线时巷道变形的变化规律。研究结果表明,随着终采线距离增加,围岩最大变形量减小。     

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.