斜井冻结壁与井壁相互作用的数值模拟分析

以大南湖斜井冻结法施工为工程背景,运用数值分析软件,模拟了斜井冻结壁在不同温度场作用下的位移变化情况,分析其变形特性以及力学特性。为以后的斜井冻结法施工提供借鉴。     

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。     

斜井冻结壁受力与变形规律研究

采用冻结法凿井的立井井筒在我国已达1100多个,工程数量多,取得的实践经验相对丰富。而采用冻结法施工的斜井井筒只有30多个,工程实例少,施工经验匮乏,对斜井冻结的技术研究就更少。近年来因斜井开拓具有装备简单,运输能力大等优势,在我国西部地区得到广泛应用,因地质条件所限,采用冻结法施工斜井井筒越来越多,工程施工迫切要求对斜井冻结基础理论进行研究与探讨,文章以庞庞塔斜井冻结工程为模型,就不同深度(地压)、不同冻结壁厚度、不同强度的冻结壁与井壁的变形关系进行数值计算研究,探寻各变量之间的相互关系及影响大小,为斜井冻结设计与施工提供指导。该基础研究对斜井冻结多方案对比、优化设计、节能降耗具有重要的参考价值。     

盾构法施工斜井围岩变形规律研究

以某典型浅埋矿区为工程背景,采用数值模拟方法研究了在盾构法施工情况下斜井井筒的围岩变形破坏规律。在盾构法掘进过程中,井筒围岩变形由于各段支护强度不同出现"台阶"状分布,在实际施工中应注意加强不同阶段的围岩变形监测,防止围岩破坏情况出现。研究得到了盾构施工斜井围岩变形的一般规律,为相似条件下的斜井支护技术提供了参考。     

综掘机和整体模板台车在冻结斜井的应用

矿建冻结施工技术成熟已广泛使用,我国西北地区因煤层埋藏较浅,多采用斜坡道开拓法开采（斜井开拓）,近年来矿建冻结斜井施工工程逐渐增多,传统炮掘配合箕斗运输、拼装模板支护的施工工艺,已不能适应矿建工程建设的要求。为了满足工程建设的需要,不断探索新的施工工艺,促进了冻结斜井快速施工方法不断发展,合理选择施工设备和支护形式,对工程进度起着重要的影响,其中综掘机配全断面整体移动模板台车支护、胶轮车运输的方法,在冻结斜井施工中的应用取得了显著的效果。冻结斜井中采用综掘机破岩掘进,配防爆无轨胶轮车运输矸石,混凝土浇筑支护采用2套全断面整体模板台车支护,各工序有序衔接,取得了成巷80 m/月最好成绩,同时对在冻结斜井施工遇到的问题进行了阐述,就今后施工该类工程的注意事项提出了建议。     

深厚砂层斜井井筒沉降变形与监测技术分析

近年来我国西部冲积层地区开始有大量矿井采用斜井井筒冻结法施工并运营,由于冻结作用和运营期间水位下降等原因,均产生一定的井筒沉降变形,导致大长度斜井因不均匀沉降而造成井壁破裂的现象时有发生。针对此问题,本文以在深厚砂层中采取冻结法施工的榆林袁大滩副斜井为例,对斜井冻结法施工和运营过程中产生的沉降展开分析,通过对常用监测手段进行分析比选,进行监测方案设计。研究成果对于了解冻结施工的斜井沉降变形机理、设计沉降监测方案具有重要意义。     

袁大滩矿主斜井冻结壁变形规律及稳定性研究

以袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工为工程背景,利用数值模拟软件FLAC~(3D),建立斜井冻结壁模型,计算井筒掘砌过程中,冻结壁空帮段和新浇筑外层井壁段冻结壁变形,研究冻结壁塑性区分布和稳定性。结果表明:冻结壁空帮段暴露1 d后,顶板和两帮变形分别为194和124 mm,最大变形速度为9 mm/h;外层井壁施工后,冻结壁变形得到有效控制。为避免冻结壁产生长期蠕变变形,应及时浇筑内层井壁;空帮段塑性区范围约为2.5 m,大部分区域仍处于弹性状态。     

膨胀岩隧道预留胀缝、刚柔结合支护施工技术

兰渝铁路胡麻岭隧道围岩构成中存在大段落膨胀性泥岩,初期采取较为强硬的支护手段来遏制围岩的膨胀变形,但是此类方法成本高、进度慢,且会造成膨胀力的过于集中,后采用本技术,针对膨胀性围岩的变形特性,通过采用刚柔结合的支护形式,并预留膨胀缝,既能有效的控制围岩有害变形,又适当地释放了围岩变形应力,降低了支护体系承担的围岩压力,保证了隧道施工安全和质量。     

某矿膨胀岩巷道支护参数优化数值模拟与工业试验

以往对于软岩巷道的支护方案只是通过数值模拟等方法进行优化,并没有与现场工业试验相结合,无法有效的指导矿山的生产实践。因此,本文以解决云南某矿山无轨运输巷道因膨胀性花岗岩引起的工程灾害为目的,通过微观试验、超声波波速测试、锚杆拉拔力测试等方法,对膨胀岩巷道的膨胀等级、围岩松动圈及矿山原有支护效果进行判定,并运用3D-σ有限元模拟软件对9种锚杆参数方案模拟分析,结果表明：该矿山花岗岩属于强膨胀性软岩,松动圈范围在1.6～1.8m之间,并且原有支护不能满足工程实际;采用喷锚网联合支护时,锚杆长度2.1m,间、排距分别为0.9和 1.2m支护效果最好,并依据其支护方案在该巷道进行现场工业试验,发现巷道变形在施工2月左右趋于稳定,为该矿山提供的支护方案具有理论及现实意义。     

斜井井筒冻结法凿井的施工实践

介绍了马泰壕矿井斜井井筒采用冻结法凿井施工,并按照5个冻结段高分段掘进、支护的实践经验。     

基于ANSYS的膨胀管膨胀过程力学研究

为了研究膨胀管在均布挤压载荷作用下的应力、应变情况,采用有限元软件ANSYS Workbench对膨胀管膨胀过程进行显示动力学仿真模拟。膨胀锥在不同载荷作用下对膨胀管挤压,使其发生弹塑性变形。膨胀管受到膨胀锥的挤压力作用与套管密切接触,达到了对套管的修补和密封作用。通过分析膨胀管的膨胀过程获得了膨胀套管装配体不同零件的应力、应变云图结果和对应的应力、应变曲线变化情况,从而为实际工程应用提供有价值的理论参考。     

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。     

超前长距离大管棚支护在深表土层斜井施工的应用

在斜井施工中,为了顺利通过含有深表土层、流砂层的地段,设计提出了超前长距离大管棚支护和冻结法2个可行的施工方案,经过详细的方案论证和技术经济比较,推荐采用了超前长距离大管棚支护方案,并在经坊煤矿成功采用导向跟管钻进技术实施超前长距离大管棚支护及滑模施工。工程实践表明,采用导向跟管钻进技术,能使超前大管棚一次支护长度达到160 m。与冻结法相比,超前长距离大管棚支护可使工期缩短77%、造价减少83%。同时,该施工方法成功推广到了庄子河煤矿。     

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。     

人工冻结隧道密贴下穿结构冻胀位移计算方法探究

冻结法是富水软土地层新建隧道下穿上部结构的重要方法,其中冻土与结构密贴穿越工程是冻结下穿工程中风险最高、难度最大的工况之一。基于上海轨道交通新建18号线下穿已运营10号线国权路地铁车站工程,采用极限拉应变法思路计算密贴穿越过程中上覆结构冻胀抬升变形,推导了水平冻结密贴施工引起上部结构冻胀位移的计算公式,将上覆地层土体变形看作刚度为土体刚度的“结构”变形。进行了冻结密贴相似模拟试验,得出上海地区(8)4灰色粉质黏土中冻结壁外锋面扩展系数A=165。工程采用分段控制冻结、错峰控制冻结、取土泄压等多种冻胀控制方法,施工过程中车站底板实际抬升位移为15.0 mm,公式计算车站冻胀抬升为42.7 mm,相似模拟试验抬升位移值为30.0 mm,公式计算值为保守值。研究成果将为冻结密贴下穿工程建设提供数据参考和理论支撑。     

锚喷支护条件下膨胀岩巷道稳定性研究

采用侧限膨胀率试验对某钼矿矿岩的膨胀特性进行研究,分析了膨胀岩巷道易膨胀变形的原因,基于莫尔-库伦强度准则对轴对称膨胀岩圆巷进行弹塑性分析,提出湿喷+树脂锚杆+钢拱架支护手段,并对巷道收敛变形及周边围岩移动进行监测。研究结果表明:支护力p₁越小,膨胀力σ_s越大,则塑性区半径R₀越大,膨胀岩巷道越不稳定;湿喷+树脂锚杆+钢拱架支护能有效控制膨胀岩巷道变形并大幅降低支护成本。研究成果为同类或相近条件下的膨胀岩巷道支护设计提供了依据。     

城郊矿主井井筒冻结法凿井施工

城郊矿井是永夏矿区开发建设的第３对大型矿井,主井采用冻结法施工。简述了该矿主井井筒的工程概况,地质及水文地质情况,冻结方案和井筒施工情况,重点介绍了深厚膨胀粘土层中的施工方法、技术措施以及基岩风化带、冻结基岩段施工方法,最后谈了施工体会。     

冻结斜井综合掘进机全断面掘进施工技术

在升富矿副斜井超千米暗挖冻结段井筒掘砌施工中,为确保深长冻结斜井施工安全,提高冻结斜井掘砌施工速度,应用EBZ260H型综合掘进机,采用先挖掘断面中上部、后挖掘断面下部的小进度掘进方式,替代以往的台阶式掘进方式,创新冻结斜井全断面掘进施工工艺,确保掘进机配套的加长二运皮带有序前行,并在二运皮带下完成外壁底板施工,解决了冻结斜井随掘随支护,以及掘进排矸与浇筑混凝土井壁相互干扰的问题,提高了深长冻结斜井持续快速掘砌的能力。     

基于侧限压缩试验的黏土动态力学性能研究

为研究斜井井筒采用冻结法施工穿过松软含水黏土层时,冻结壁失稳、冻结管破坏与黏土强度、黏土变形之间的关系,以黏土为试验对象,通过高压固结仪还原深部黏土受压变形过程,利用SHP B试验装置对无侧限、有侧限条件下的黏土试件进行不同应变率加载,借助高速摄影机拍摄黏土试件的变形破坏过程.研究结果表明:无侧限条件下,黏土试件变形大...     

首钢马城铁矿第四系斜坡道设计研究

马城铁矿第四系斜坡道设计采用冻结法施工,其施工安全、施工进度和项目投资可控度高。因冻结法开凿斜井或斜坡道的斜井井筒支护设计无专门的设计规范和成熟的设计理论,在设计上主要参考冻结法施工竖井及其他行业规范、手册进行计算。研究表明,通过外层井壁承受冻结压力计算、内壁承受水压力计算和内外层井壁共同承受水土压力的计算等方法,是可以满足工程设计要求的。