白垩系地层条件下冻结壁内部冻胀应力变化规律研究

复杂地质条件下建设井筒首选冻结法,西部地区煤炭资源丰富,但多数煤炭资源埋藏在白垩系含水地层下。如果开采该地质条件下的煤炭资源,井筒必须穿过白垩系含水地层。此时,冻结凿井法是最佳选择。由于先前在白垩系地层条件下应用冻结凿井法建井的实例并不多见,针对白垩系地层条件下的冻结壁内部冻胀应力的变化规律进行研究具有工程意义。通过对穿过白垩系地层的陕西某矿井筒建设过程中冻结壁的内部冻胀应力进行实测,分析了冻结壁内部冻胀应力的变化规律,为其他类似工程提供一定的借鉴。     

西部白垩系富水基岩立井冻结压力实测研究

为了解决我国西部白垩系富水基岩冻结法凿井的技术难题,采用振弦式传感器对甘肃某矿风立井基岩冻结压力及界面温度进行实测分析,研究了凿井期白垩系基岩冻结压力的变化规律、成因及不均匀性等。结果表明:凿井期间冻结压力分为快速上升、急速增长、缓慢升高、趋于稳定4个阶段;在同一水平其具有明显的不均匀性,且影响因素较多;其最终稳定值达1.708~2.047MPa,小于西部基岩同深度最大理论经验值,也小于东部冲积层冻结压力上限值pω;两壁界面温度急速上升后快速降低,30 h内各点达最高温42.4~59.4℃,同一点处前后降温差高达51.86~71.3℃,极不利于冻结壁和井壁的安全稳定;沿用东部的设计方法和经验,导致井壁过厚,易因温度应力产生环向裂隙,故西部煤矿立井井壁结构设计和施工仍存在可优化空间。     

白垩系地层煤矿立井冻结压力实测研究

在西部白垩系地层煤矿立井冻结法凿井施工过程中,通过分析两个代表性水平层位冻结压力的现场监测数据,得到了冻结凿井期间外壁受冻结压力变化的基本规律。研究表明:白垩系软岩层冻结压力9d内急剧增长,达1.108~1.714MPa,最大值达1.126~1.867MPa,就作用在井壁上的冻结压力发展趋势而言,表现出明显的阶段性特征,即快速增长、均匀增长和稳定阶段。此外,通过对两个水平同一深度处冻结压力平均值随深度变化曲线进行拟合,得到风井平均冻结压力随深度的变化规律,进而确定了冻结压力上限值,为保证冻结凿井施工的安全进行提供了理论依据。     

白垩系地层深立井冻结壁形成规律数值模拟

为对比白垩系地层冻结孔有无偏斜情况下深立井冻结壁温度场的差异,以内蒙古泊江海子矿副井为工程背景,采用数值模拟方法,建立了冻结孔有无偏斜情况下的数值计算模型,同时结合实际测温孔量测数据,重点分析了冻结造孔偏斜对白垩系地层冻结壁形成规律的影响。     

特殊地层条件下冻结壁压力变化规律研究

冻结法不仅适用于深厚表土含水地层条件下,而且在特殊地层(白垩系)条件下也有应用,但为数不多,故对特殊地层条件下冻结壁压力的变化规律研究具有一定的实际工程意义。针对内蒙古某矿采用冻结法穿过白垩系地层的施工过程冻结壁的压力进行现场实测,得到冻结壁压力的实际变化数据,并分析总结出该地质条件下冻结壁压力的实际变化规律,对该矿井筒开挖具有一定的指导意义。     

白垩系地层冻结施工立井融化规律现场实测研究

为获得白垩系地层冻结壁温度场融化规律,对泊江海子矿冻结风井不同地层,利用测温孔与冻结壁内部测点进行融化过程温度场现场实测.对比了不同岩层融化速率,提出可以用幂函数来表示不同方位测点温度随时间变化情况,以及用二次函数来表示冻结壁沿径向方向温度变化情况.获得了单圈管冻结条件下白垩系地层融冻时间比介于0.7 ～0.8之间,为内蒙地区新建矿井冻结法凿井白垩系地层融化阶段壁间注浆时间选择提供参考.     

冻结壁与外壁温度和受力实测研究

通过实测，研究了冻结壁作用于外层井壁的侧压力及混凝土井壁应力变化的规律，低温与常温下混凝土强度增长特性，以及混凝土浇筑后，两壁温度变化规律，同时初步分析了两壁温度受力耦合特性。     

西部白垩系冻结立井外壁受力与温度实测研究

为解决西部白垩系富水地层冻结法凿井的技术难题,采用振弦传感器和热电偶对甘肃某矿风立井外壁竖筋、环筋受力与冻结压力的变化规律和成因以及外壁温度场的变化等进行实测。结果表明,外壁竖筋先受压后受拉,最大拉应力达81.711 MPa,环筋均受压,最高为-42.113MPa;冻结压力达1.098~1.724 MPa,但远小于东部冲积层限值;外壁浇筑后急剧升温,最高为62.3℃,随后迅速降低并低于-10℃,同一点前后温差在70℃以上;井壁设计过于保守,施工进度慢、成本高,对西部立井井壁设计施工需进一步优化。     

深厚表土层冻结壁温度实测分析

通过对谢桥矿箕斗井冻结凿井期间冻结壁温度的现场实测,探讨了井壁混凝土的水化热的放热规律;分析了冻结壁温度的影响因素;获得了深厚表土层冻结凿井期间冻结壁温度变化的基本规律。     

白垩系冻结井筒“两壁”相互作用分析

鉴于白垩系冻结井筒在开挖后,冻结壁会受砌筑井壁时混凝土产生的水化热影响导致局部升温或融化,而外层井壁也会受到冻结壁低温的作用,产生较高的井壁内外温差,对强度增长不利,且容易产生温度裂缝对井筒安全造成不利影响;运用ANSYS有限元数值分析软件,结合新庄煤矿风立井井筒白垩系地层的实际工况,对冻结法凿井冻结壁与井壁温度场相互作用变化规律进行有限元数值分析研究,并成功指导了工程实践。     

郓城矿副井井筒外壁冻结压力监测结果分析

通过信息化施工方法对郓城煤矿副井冻结凿井进行实测,获得了三个粘土层位井筒外壁所受到的冻结压力,分析得出冻结压力与井帮温度变化具有相关性。在掘进并浇筑完外壁后,井壁外侧依然有极其显著的水平冻结压力,最大冻结压力达到了水平地压的0.82~1.21倍。     

深厚含水基岩区立井外壁冻结压力的实测与分析

为明确我国西部深厚含水基岩区立井外壁的载荷,在鄂尔多斯市呼吉尔特矿区开展了基岩冻结压力的现场实测研究。结果表明：凿井期基岩冻结压力的变化规律可分为急剧增长、缓慢增长、快速增长、逐步减小4个阶段;基岩冻结压力主要受原岩富水条件、强度等因素的影响,与岩层埋深H关系不大;基岩冻结压力在混凝土浇注后的10~15 d即达到冻结压力最大值P max的76.4%~89.8%,建议采用7 d混凝土强度指标来保证外壁早期质量;基岩冻结压力在混凝土浇注后的80~100 d增长至最大值P max,P max实测值仅为1.08~1.74 MPa,远小于按岩层埋深H换算的静水压力值P 0,更远小于特厚冲积表土中的冻结压力上限值P ω。     

厚粘土层冻结井壁力学特性的实测研究

立井井筒穿越厚粘土层的施工一直是冻结法凿井的技术难点.通过对厚粘土层冻结井壁力学特性的现场实测,深入分析了井壁压力变化规律、井壁的环向和竖向受力特性.     

冻结器内纵向测温判定冻结壁出水位置技术

为了准确判断伊犁一矿副井冻结工程冻结壁出水位置,对主冻结孔的冻结器内纵向进行测温,根据冻结孔停冻后单根冻土柱导热规律,建立了瞬时停冻后冻土圆柱内冻结温度场分布的数学计算模型;通过冻结器内纵向测温数据,获得了新疆伊犁一矿副井主冻结孔各冻结器内纵向温度分布规律,借助Maple数学计算软件对伊犁一矿副井主冻结孔各冻结器内纵向温度数据进行了分析,从而准确判定了冻结壁出水位置,为冻结壁出水事故处理提供了科学依据。     

冻结器内测温判定冻结壁厚度的研究

根据在冻结法凿井工程中冻结器纵向测温的经验摸索,建立了停冻后的单孔冻土柱升温的数学计算模型,借助现代数学工具Maple6软件,将公式数字化和图形化,从而揭示了在瞬时升温过程中单孔冻土柱温度分布与时间、冻土柱半径之间的关系,为冻结器内测温、监控冻结井筒温度场提供一种理论依据,并给出了一个应用实例．     

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。     

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。     

高水压下基岩冻结壁设计方法

首先提出了高水压基岩冻结在冻结壁和井壁设计方面存在的问题;其次回顾了冻结法凿井中冻结壁厚度设计理论的发展,客观地揭示了井筒井壁内外分层的力学原因,以及基岩冻结壁设计方面所需考虑的基本问题;第三,探讨了包神公式设计冻结壁的载荷性质,及与冻结壁外缘载荷的关系,剖析了冻结壁与井筒的几何尺寸、刚度等因素对冻结壁外缘载荷的影响;第四,深入研究了采用拉麦和包神公式进行冻结壁弹性设计的力学条件;第五,定量分析了井筒冻结壁弹性设计的深度范围;最后探讨了冻结基岩许用强度、剪切模量之比等参数对设计冻结壁厚度的影响。     

灰色关联分析在竖井冻结壁“窗口”事故处理中的应用

根据测温孔和冻结器的纵向测温,提出采用灰色关联法进行数据分析.通过孔与孔的关联度计算来评价各冻结器的工作效果,确定薄弱的冻结器方位,然后根据关联度离差和总关联度随深度的变化,确定冻结壁在深度方向的薄弱环节.运用灰色关联分析对竖井冻结壁“窗口”事故实例进行了对照分析,验证了理论的实用性.