蒙陕矿区白垩系地层冻结壁厚度设计研究

针对目前蒙陕矿区白垩系地层冻结壁厚度设计中控制层深度随意确定、冻结壁力学模型任意选取等的混乱状况,通过对该矿区白垩系地层力学性质特点与20多个相关井筒案例的分析与研究,提出了该矿区白垩系地层冻结壁厚度设计原则:计算冻结壁厚度的控制层应为白垩系底部岩层,冻结壁力学模型应选用无限长弹塑性厚壁圆筒,冻结壁荷载应为静水压力。并根据此原则,对该矿区已施工的21个冻结井筒进行了验算。结果表明:作者提出的蒙陕矿区冻结壁厚度设计原则,适用于该矿区白垩系地层冻结壁厚度设计。该设计原则对西部地区类似地层冻结壁厚度设计具有指导意义。     

西部软岩不同岩性冻结壁扩展速度研究

冻结壁扩展速度是冻结设计和冻结施工的重要指标。对于西部冻结井筒建设而言,不同岩性中冻结壁扩展速度特点的研究还处于初级阶段。通过统计大海则煤矿4个立井井筒测温孔实测数据,得到了第四系、白垩系和侏罗系地层中不同岩性的冻结壁扩展速度,并分析了其扩展速度的特点,得出白垩系地层早期冻结壁扩展速度相差不大,中后期扩展速度与岩性有关;侏罗系地层中后期扩展速度与岩性相关性不大。     

新庄煤矿白垩系富水基岩立井冻结温度场监测分析

为了准确掌握白垩系地层富水基岩立井冻结温度场的发展规律,通过对新庄煤矿风立井的冻结监测,得到了该地区白垩系地层在特定条件下降温分析数据,进而研究了该地区初始地层温度场的分布规律,以及冻结管内盐水去、回路温度变化规律;对比分析不同岩性随时间变化冻结温度场发展特征,得到白垩系地层降温速率依次为:粗砾岩粗粒砂岩中粒砂岩泥质粉砂岩砂质泥岩;实测数据推算得到白垩系洛河组地层冻结壁扩展速度最快达0.082 m/d,埋深最大泥岩层冻结壁扩展速度最小为0.033 m/d,冻结时间在60~150 d冻结壁扩展速度较大,为估算积极冻结时间提供参考依据。     

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。     

平凉安家庄矿人工冻土力学性能试验分析

平凉安家庄煤矿主副风井拟采用冻结法施工,为了给白垩系地层冻结设计提供参数依据,对安家庄井筒检查孔所取土样进行了人工冻结的单轴抗压强度、三轴剪切强度及土壤热物理性能试验研究,得到了其应力-应变的关系及导热比热及结冰温度等参数,试验结果为平凉地区类似矿井冻结设计、施工提供了基础。     

泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层冻结岩石物理力学性能试验研究

进行了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土物理力学性能试验,并与两淮地区冻结岩土数据及相关材料试验数据进行横向比较,得出了泊江海孜矿白垩系、侏罗系地层的冻结岩土工程参数特性。对今后在白垩系、侏罗系地层冻结法凿井的设计及施工有着较为重要的参考价值。     

西部白垩系地层冻结设计基本参数的选取

通过巴拉素煤矿主立井、巴彦高勒矿井风立井、大海则矿井主立井等冻结工程实例,对西部白垩系地层中的冻结壁厚度、冻结深度、冻结壁交圈时间等数据进行统计汇总,以选取合理的冻结参数。主冻结孔开孔间距平均在1.333 m,防片帮孔开孔间距平均在2.426 m,浅水文孔的冒水时间平均在37 d。依据水文孔冒水时间及含水层的最大孔间距,冻土圆柱发展速度平均为27 mm/d。冻结管的管径宜选取大于140 mm管,以确保冻结壁的有效形成。该研究为以后同区域类似地层提供实例参考。     

复杂地质条件下冻结造孔施工技术

石拉乌素煤矿风井深716.3 m,穿过的白垩系和侏罗系地层巨厚;井田岩石为层状结构,以碎屑沉积岩为主,岩体呈各向异性,软硬地层更换频繁、地层变化大、砾石层多、分布不均匀,属易斜、难钻地层,应采用冻结法施工。采用"主排孔+辅助孔"的冻结方案,主排孔齐腿冻结,确保冻结封水效果;制定合适的钻孔工艺、测斜和纠斜措施,保证造孔效率和成孔质量。为类似复杂地层冻结法凿井设计和施工积累了经验。     

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。     

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。