毛坪铅锌矿主要构造对地下水含水系统的影响

毛坪铅锌矿是一座大水金属矿山,受区域大地构造和地震的影响,矿区褶皱和断裂构造极为发育,主要褶皱和断层控制着矿区地下水含水系统的空间展布和富水性、透水性等。分别从褶皱和断裂构造两方面研究了各主要构造的水文地质特征,分析了构造对毛坪铅锌矿地下水含水层系统的影响。     

考虑井帮收敛的深井冻结壁塑性设计研究

合理的冻结壁设计是冻结法成功的前提。为了研究井帮位移收敛量对冻结壁厚度设计的影响，采用柱形孔收缩理论，推导出塑性冻结壁和弹塑性未冻地层力学模型的应力、位移完全形式解，建立冻结壁厚度塑性计算公式；采用两种计算公式和数值模拟方法研究工程案例，并验证新公式的正确性；分析了水平地压、冻土的黏聚力与内摩擦角、未冻土的弹性模量与泊松比、未冻土的黏聚力与内摩擦角等参数对井帮变形和冻结壁厚度的影响规律。结果表明：对于完全塑性冻结壁、弹性地层力学模型，考虑井帮位移收敛影响与否，800 m深处冻结壁厚度相差约8.6%,井帮变形量约0.17;在预测千米表土立井井帮变形方面，新计算式具有一定的理论意义与实用价值。     

中国冻结法凿井理论与技术综述

介绍中国冻结法凿井60余年发展经历的引进消化、探索改进、完善提高、创新攀高四大阶段,阐述中国在深厚冲积层冻结段井壁结构、井壁用C60~C100高强高性能混凝土、冻结壁设计理论体系、多圈孔冻结工艺、冻结壁形成特性工程预报与调控、冻结壁径向位移实测与掘砌段高调控、冻结段安全快速施工等关键理论与技术成就和现状,这些构成具有中国特色的深厚冲积层冻结法凿井理论和技术体系。还对冻结壁设计理论和发展、井壁结构设计与应用、冻结壁温度场理论与应用技术、深部立井基岩冻结和斜井冻结技术等方向存在的问题进行了展望和建议。     

基于有限元计算的西部立井冻结调控分析

由于特殊的地质条件,西部地区建井一般采用冻结法施工,在施工过程中,冻结调控十分重要,适当的调控措施可以保证冻结壁厚度和井帮温度满足施工要求。西部矿井的冻结调控与东部有明显的差异,目前缺少对西部地区冻结调控的研究。为研究冻结调控对西部地区立井温度场的影响,本文运用有限元分析软件,结合文家坡矿李家沟回风立井井筒白垩系地层的实际工况,分析冻结调控对立井温度场的影响,并给出具体调控方案。结果表明,通过适当的调控措施,可以有效减缓井帮温度的降低,浅部地区井帮温度提高了3℃左右,深部地区最大提高了6℃;冻结壁厚度也不同程度地降低,降幅在0.1～1.7 m左右,在保证冻结壁厚度、强度和井帮温度满足井筒安全的前提下,大大加快了施工速度,节省了工期和建井成本。     

深立井软岩地层冻结施工关键技术探讨

针对深立井软岩地层冻结施工技术,通过对蒙陕甘宁等西部地区多个立井冻结工程的实践总结,从冻结方案选择、冻结技术参数取值、冻结及掘砌施工控制指标等方面对软岩地层冻结关键技术进行了系统阐述,提出了西部软岩地层以白垩系底界为冻结控制层位、利用有限段高塑性体极限状态强度条件公式计算冻结壁厚度的观点,并总结出相对应的冻结法施工技术要点,可为今后类似地层深立井冻结工程施工提供参考。     

隐伏向斜扬起端构造控水规律分析——以开滦东欢坨矿为例

针对基岩裂隙含水层复杂、不均匀富水规律,以开滦东欢坨矿北二采区8煤层顶板含水层为例,综合分析了隐伏向斜中基岩裂隙含水层地下水富集的构造控制因素。得出向斜构造仰起端控制上覆水源含水层厚度、过水断面面积及风化带渗透性,影响基岩裂隙水补给;褶皱和断层的伴生裂隙与层面裂隙构成导、储水裂隙网络,断层发育密度、断层走向与地下水径流方向的关系对含水层局部富水性差异具有重要影响。     

水源井抽水对井筒冻结的影响及防治措施

列举了我国近年来施工的几个冻结立井，因水源井抽水影响冻结壁交圈的事例，分析了水源井抽水对影响冻结壁形成的原因，提出了防治措施。     

富水软岩冻结凿井井壁压力场与温度场监测

为研究水化热及冻结规律对井壁及冻结壁的影响,在白垩系地层立井冻结施工中,通过分析2个代表性层位的现场监测数据,得到两壁间温度、径向荷载的基本变化规律:外壁浇筑后,两水平出现温度迅增,冻结压力发展趋势明显;水化热使两水平保持了较长的正温养护时间,也使冻结壁出现大范围升温以至局部融化。并对两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,得到回风立井平均冻结压力随深度的变化规律,确定了冻结压力上限值。     

浅水位斜坡道明槽冻结法施工技术研究与应用

为了保证静水位浅、地下水流速高地层中斜坡道明槽工程的安全高效施工,基于二维有限元模型计算和受力分析,提出了U型冻结壁与钢板桩联合支护的综合防护技术,对开挖段采用冻结法治水,对冻结深基坑设计钢板桩内支撑,并通过对钢板桩的拉锚、横撑以及对冻结壁土钉墙加固、保温等措施,结果表明该技术避免了地下水对施工的影响,保证了开挖后两侧冻结壁的稳定性,有效预防了冻结壁强度不足造成倾覆的风险。     

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。     

西部软岩冻结立井底鼓实测研究

大海则煤矿主立井净直径9.6m,井深701.96m,采用全深冻结法施工,设计冻结深度718m,为西部软岩冻结井筒。井筒掘进到575m深处时,对工作面底鼓进行了实测研究。该处井筒揭露的岩性为粉砂岩,预测底部为泥岩。实测显示,底鼓量不大,呈现由井筒四周向井筒中心逐渐增大的现象,最大底鼓量仅20mm,平均底鼓速度为1.76mm/d,明显小于东部地区粘土层冻结段15~30mm/d的底鼓速度,说明冻结壁超前位移小,冻结壁稳定性强,掘砌施工安全;最大底鼓量出现在井筒西侧,最小底鼓量出现在井筒东侧,表明方位不同,冻结壁稳定性呈现不均匀性特征。该井筒底鼓实测研究,可为西部软岩冻结立井设计和施工提供参考。     

煤矿深立井井壁冻结压力非均匀性分析

冻结法凿井工程中,冻结压力分布及大小受到冻结壁厚度、土层含水量与性质以及施工工艺等因素的影响,导致深立井冻结压力呈现非均匀分布.为寻求较为合理的深立井非均匀冻结压力计算方法,依据淮南矿区丁集矿、口孜东矿和杨村矿等深立井冻结压力现场监测数据,分析得到淮南矿区深立井非均匀冻结压力可由公式P(θ)=P0(1+βco s2θ)...     

浅水位斜坡道明槽冻结法施工技术研究与应用

为了保证静水位浅、地下水流速高地层中斜坡道明槽工程的安全高效施工，基于二维有限元模型计算和受力分析，提出了U型冻结壁与钢板桩联合支护的综合防护技术，对开挖段采用冻结法治水，对冻结深基坑设计钢板桩内支撑，并通过对钢板桩的拉锚、横撑以及对冻结壁土钉墙加固、保温等措施，结果表明该技术避免了地下水对施工的影响，保证了开挖后两侧冻结壁的稳定性，有效预防了冻结壁强度不足造成倾覆的风险。     

沿海高渗流砂层立井井筒冻结事故分析

针对高地下水流速低结冰温度的砂性地层中冻结井筒冻结壁不交圈情况,以沿海地区某副井冻结为例,分析了冻结设计中冻结壁厚度、平均温度、冻结孔分布和深度等参数不合理之处,并提出了选取建议,同时对冻结期间盐水温度进行了统计。研究表明,机组配置不够、盐水进回水温度差过大是造成冻结壁未交圈的人为控制因素,认为在冻结施工全过程中排除人为因素干扰是冻结工程成败的关键之一。     

核桃峪副立井冻结壁强制解冻数值计算分析

核桃峪副立井冻结深度955m。井筒到底后,可考虑采取强制解冻措施,使冻结壁在短期内消除,以便进行壁后及壁间注浆。目前,国内还没有对整个立井冻结壁进行强制解冻的先例,也没有计算公式可以直接用于冻结壁强制解冻计算。根据该井筒具体情况,建立了井筒冻结壁强制解冻数值计算模型,并进行了计算分析。结果表明,冻结壁强制解冻是从冻结管中心区域向两侧扩展,内侧冻结壁先解冻,外侧冻结壁最后解冻;整个井筒冻结壁解冻所需的加热设备装机功率为13 350kW,需要安装2台7t燃煤热水锅炉,强制解冻完成大约需要2个月时间。     

杨柳煤矿立井井筒过基岩断层破碎带技术研究

杨柳煤矿立井井筒表土段采用冻结法施工,基岩风氧化带采用普通法施工.受断层影响的主要破碎带范围为基岩风化带底界173.36～332.30m.当破碎带厚度较小或胶结较好时,井壁可采用正常基岩段结构.但当破碎带厚度较大或胶结较差时,岩石松软破碎,施工中易发生片帮事故,采用并壁内层现浇混凝土和外层锚网喷临时支护层的结构,验算及井筒应用实践证明此种结构能够满足井壁承载能力的要求.     

富水砂卵石地层冻结壁缺口致因及弥合技术研究

针对里必矿副井冻结中冻结壁无法按时交圈的问题,综合测温数据及矿区水文地质情况,判断出冻结壁在砂卵石层冻结孔处的"缺口"位置,并对砂卵石层冻结温度场的演化规律进行了数值计算。通过对比冻结壁轮廓和测温孔数据,判断出该层位地下水流速达9m/d,原方案的冻结壁交圈时间远超预计工期。基于降低地下水流速、减少冷量损失、加强局部冻结的技术原理,提出了"控""注""冻"相结合的冻结壁弥合技术;依据冻结壁发展情况,并考虑地下水流速、流向的影响,确定了注浆孔、加强冻结孔的位置和数量,通过数值计算对冻结壁缺口的弥合过程进行了预测。工程实施结果表明:里必矿副井在完成冻结壁弥合施工21d(预测17d)后,水文孔开始冒水,冻结壁温度场发育恢复正常,确保了井筒施工安全顺利完成。     

深埋黏土层冻结壁厚度的有限段高计算模型研究

冻结壁设计理论关系到冻结法施工的成败,常规的弹塑性力学冻结壁厚度模型已不适用于深厚冲积层中冻结壁的设计。考虑卸载状态下冻结壁-周围未冻土的共同作用,基于三向应力状态下的冻土流变理论及偏张量虎克定律,建立了深埋黏土层有限段高冻结壁的变形及厚度计算模型。结合立井冻结工程,探讨了该计算模型对不同开挖因素的响应程度。结果表明:合理的降低段高、控制施工速度对冻结法凿井安全至关重要。该计算模型对深埋黏土层冻结壁设计有重要的理论意义。     

基于神经网络模型的立井冻结施工预测研究

在立井冻结施工过程中,及时了解不同深度、不同岩性地层下冻结壁交圈时间及其形成特性是实现科学施工的前提和基础。针对现有立井冻结设计存在的客观问题,应用神经网络系统理论,合理确定输入参数及输出参数,在学习训练的基础上,建立了胡家河矿井筒冻结施工信息的神经网络预测模型。采用该模型分别对主井、副井及风井冻结壁的交圈时间、内外侧扩展范围、平均扩展速度、有效厚度、井帮温度、荒径范围、平均温度等特性参数进行了工程预报,并对实测数据及预测数据进行了对比分析。结果表明:现场实测结果与预测结果基本吻合,预测模型准确度高,适用性广,为科学设计立井施工方法及其支护方案提供了理论依据。     

混凝土水化热对白垩系地层冻结壁温度场影响的实测分析

为了了解外井壁混凝土水化热对白垩系地层冻结壁温度场的影响规律,通过对新庄煤矿回风立井冻结壁的两个地层进行温度的现场监测,分析监测数据得到:外井壁混凝土浇筑后,两个地层的冻结壁内侧温度迅速升高,监测点处的温度最高点达到15.8℃;随着深度的增加,混凝土水化热对冻结壁的影响范围增大,但冻结壁维持正温的时间减少;在混凝土水化热的作用下,冻结壁的融化深度介于250~600mm之间;水化热的减少及融化区的水热在温度梯度的作用下大量向冻结区迁移,致使冻结壁内侧高温部分的温度迅速下降。