立井壁后注浆技术与施工研究

目前采用冻结法施工的井壁解冻后漏水的现象比较普遍,本文以鲁新矿副井立井壁后注浆为背景分析了漏水的原因,介绍了壁后注浆参数选取方法以及施工工艺,对煤矿类似工程具有指导意义。     

我国深立井冻结法凿井安全现状与思考

在收集大量相关文献基础上,深入分析了我国中东部和西部地区水文与工程地质特点和采用人工冻结凿井法施工深立井的安全现状及存在问题,认为对于中、东部地区,深冻结井冻结管断裂、井筒破坏、冻结壁冻融后井筒出水、井筒连接硐室失稳破坏等是威胁冻结井筒安全的主要危险源;西部地区则是对其特殊地层认识不足,在冻结壁形成规律、井壁结构设计理论、施工工艺等诸多方面缺乏深入研究和工程实践,导致井壁破裂、淹井等事故时有发生。最后,针对引起安全事故的原因,提出急待解决的关键技术及技术途径。     

彬长矿区基岩全深冻结监测研究

高家堡矿井井筒穿越岩层遇水泥化和裂隙发育,同时面临高地温的地质条件和大流速高承压的复杂水文条件,采用全深冻结方案,主、副、风井冻结深度达分别到788,850,860 m,是目前国内最深的软岩冻结井之一。为确保安全通过冻结段,并了解井筒掘进过程中井壁冻结情况、温度变化等,有效评估冻结壁发展状况,并分析冻结壁、井壁的安全与稳定性,对冻结施工全过程中的井帮温度、井底温度、空气温度以及井帮位移等进行了信息化监测,实现了安全快速掘进,节约了矿井建设成本。分析表明,在施工过程中应适当提高混凝土强度等级,采用早强、高强的混凝土,以保证外层井壁具有足够的早期强度;制定外壁局部应急加固预案及技术措施,并进行必要的材料准备,防止井壁局部破坏。     

大断面千米立井巨厚含水层冻结技术及快速掘砌技术在核桃峪煤矿的成功应用

本文针对核桃峪煤矿副立井普通法掘砌至472m时,因井筒涌水量突然变化(涌水量达145m3/h),被迫改为冻结法施工的案例,来探索研究:(1)弱胶结松软地层冻结壁强度、冻结温度发展规律、冻结特性及其与井壁的相互作用机理;(2)千米深井冻结壁形成及发展规律与无水文孔时冻结壁交圈的判别条件; 3.冻结施工对普通法施工段井壁的影响及普通法施工段井壁的保护技术;(4)大断面千米立井综合机械化快速掘砌技术研究与应用。通过上述研究,取得了以下几个方面的成果:(1)合理的确定了冻结设计参数、冻结壁厚度、冻结孔布置方式;(2)确保了千米深井冻结管不断裂,外层井壁不压坏,不冻坏、永久井壁不漏水;(3)通过采用热水循环控制冻土边界对普通法施工段已成井壁进行了保护;(4)确保了井筒安全、高效建设,副立井最大毛断面141.03 m2,掘砌期间连续四个月进尺超过100m,最高月进尺达到105.3m,为大断面千米立井掘砌创造了辉煌的业绩。     

不均匀侧压力下冻结井筒混凝土井壁结构试验研究

通过不均匀侧压力下冻结井筒混凝土井壁结构模型的试验研究．得到了混凝土井壁具有很高的承载能力和现行设计的冻结井壁中不会出现拉应力．从而为我国冻结井筒采用混凝土井壁代替钢筋混凝土井壁的探讨提供了试验依据。     

潘集二号井南风井地压观测阶段报告

本文主要是对潘集二号井南风井地压观测前一阶段工作的总结,主要内容有:井筒的设计和施工概况,观测内容和观测方法,冻结压力变化规律和观测结果的分析,至于井壁内力和冻结壁解冻后的地压变化情况,将另外介绍。 文章的第四部分——几个问题的分析——着重分析影响冻结压力的几个因素,认为其中的土层深度是主要因素,其次是土层的性质和冻结壁的平均温度。另外,对观测期间出现的一些异常现象作了初步分析,并提出解决的办法。     

局部差异冻结作用于既有井壁的冻胀力研究

针对板集矿副井井筒局部差异冻结修复的工程问题,使用ABAQUS/Standard数值分析软件,结合冻土试验得到热、力学参数,建立局部差异冻结条件下土体热—力耦合模型并进行有限元分析,分析了冻结172 d内土体冻结温度场的分布状况,研究了外层井壁位置处冻胀力的发展变化规律,并对井筒进行安全性评价。结果表明:-300 m层位交圈时间较-450 m层位晚22 d,冻结壁平均温度较-450 m层位高5.2℃;两层位冻胀力自冻结30 d起呈现出线性增长趋势,在交圈后的14 d内有阶跃性增长,其后冻胀力增长速度放缓,各方位上冻胀力总体呈现类同心圆的发展形式。172 d时,-300 m层位冻胀力占初始地应力的17.94%;同期-450 m层位冻胀力占初始地应力的41.54%。井壁混凝土的最大环向应变值与等效应力值均在准许范围内,表明既有井壁仍处于弹性受力阶段,井筒安全可靠。由此可见,局部差异冻结技术可以有效控制冻结壁向内发展速度,限制土体冻胀,避免对井壁造成二次破坏,该项施工技术可为今后类似工程的开展提供重要参考。     

深井冻结井壁壁座设计的新问题——负摩擦力

壁座是支承井筒的基础,目前设计壁座时,不论采用何种施工方法,都假定壁座只承担其上部井筒的部分重量,井筒的其余重量靠摩擦力传给与井壁紧密接触的围岩。本文认为用冻结法施工井筒时,这种假定是错误的。作者指出在冻土段内的井筒,当冻土融化下沉时,围岩不但不能支承井筒,相反,在下沉过程中还将传给井筒向下的负摩擦力。文中提供了某冻结法施工的井壁壁座下的压力,在冻土融化过程中的变化情况的实测资料。并用理论公式推算了负摩擦力的量值,推证出基岩中围岩对井筒的正摩擦力计算公式。对于在设计冻结法施工的井筒时,应如何正确地选择壁座位置的问题也提出了建议。     

潘集二号井南风井地压观测阶段报告

本文主要是对潘集二号井南风井地压观测前一阶段工作的总结,主要内容有:井筒的设计和施工概况,观测内容和观测方法,冻结压力变化规律和观测结果的分析,至于井壁内力和冻结壁解冻后的地压变化情况,将另外介绍。文章的第四部分——几个问题的分析——着重分析影响冻结压力的几个因素,认为其中的土层深度是主要因素,其次是土层的性质和冻壁的平均温度。另外,对观测期间出现的一些异常现象作了初步分析,并提出解决的办法。     

合理冻结温度的探讨

在井巷工程中,当采用冻结法施工穿过松散的不稳定表土层时,随着表土层厚度的增加和冻结温度的降低,在井筒施工过程中不断发生井壁压裂,冻结管断裂等事故。因而大大影响了井筒的施工速度和安全。为了解决以上问题,本文从冻结壁的强度和厚度的要求、冻结管受力分析、管材在低温条件下力学性能的变化及井壁受力情况分析,並提出合理的冻结温度范围。     

祁南矿井冻结井新型井壁结构破坏分析

祁南矿井冻结段井筒采用了我国自行研制的滑动、可缩性新型井壁结构。通过对该矿三个井筒外层井壁施工过程中出现破坏原因的分析 ,指出了在设计和施工中存在的不足 ,提出了需进一步研究的问题     

立井强化冻结施工理论分析

本文以谢桥主井为例,从冻结壁强度、变形、工作面底鼓和超前位移及冻胀压力等几方面.分析了深厚表土立井强化冻结施工对防止冻结管断裂和外层井壁破坏的机理.给出了强化冻结施工适用条件.并提出了按井帮温度进行强化冻结设计的方法.     

盾构出洞冻结法加固土体的稳定性分析

运用三维有限差分软件FLAC3D对上海轨道交通某区间隧道盾构出洞冻结法施工过程进行了模拟,对盾构出洞过程中施工稳定性进行评价。施工竖井为地下四层结构,围护结构采用地下连续墙。数值模拟冻结壁水平应力、最大主应力、沿隧道开挖方向位移的变化,将模拟得到的应力与冻结壁强度设计值进行对比,并对隧道轴线方向地表沉降位移进行预测,同时采用安全系数法对施工的安全性进行了评价。安全系数满足设计要求,进一步说明了冻结法在软土地区地下工程施工中的优越性。     

特厚表土层冻结方案探讨及数值模拟研究

针对特厚表土层立井冻结方案的选择尚无理论依据的现状,采用理论计算和数值模拟相结合的分析方法,获得了丁集矿冻结温度场分布规律和冻结壁厚度等重要冻结参数。实践表明,该设计方案能较好地满足现场工程实践的要求。     

立井井壁厚度的围岩压力最大值确定法

根据立井井壁破裂事故的调研,将井壁变形灾害分为五类,提出采用适当强度的井壁承受常规围岩压力;预测可能发生变形灾害的类型,设计谐调变形井壁结构,躲开井壁不可承受的灾害性荷栽。推出了由围岩压力最大值确定井壁厚度的简化计算公式,通过与精确解进行对比分析,给出了该简化公式的误差补偿系数。千米深立井的井壁结构设计实践与分析表明：此简化公式不仅便于工程应用,而且所设计的井壁能够满足“安全可靠、经济合理”的要求。最后讨论了井壁设计厚度的合理区间、井壁混凝土强度的合适等级,对抵御不同变形灾害的谐调井壁结构形式进行了初步讨论。     

多圈管冻结凿井冻结壁形成特性

采用数值分析方法,研究了2圈和3圈冻结管方案下冻结壁厚度及温度变化规律,着重分析了辅圈对冻结壁形成特性的影响。结果表明,冻结早期,3圈中辅圈能显著提高冻结壁厚度增长速率和降低冻结壁平均温度;辅圈对冻结壁最终厚度和平均温度影响较小;辅圈可加快井帮冻结,对井心温度影响较小。     

煤矿冻结法施工控制可视化软件

我国目前在煤矿冻结法设计和施工方面的软件研制工作明显相对滞后于实际工程建设的发展需要，在经过长期从事有关煤矿冻结法的研究、设计和施工的实践之后，结合采用现代微机可视化新技术进行了这一专业的开发尝试，针对冻结法施工的特点，软件在数据处理、输入方法、施工控制等方面具有独特的功能，同时旨在促进我国在这一领域的研究和发展。     

负摩擦力作用下立井井壁应力的计算

文章给出了在负摩擦力作用下立井井壁应力的解析解，其结果可以作为立井井壁设计的依据。     

斜井冻结凿井数值模拟方法

 为提高ANSYS 软件对斜井冻结凿井模拟的准确度, 提出一种双模型法与改进重叠单元法相结合的数值模拟方法。以某矿主斜井表土冻结段施工为背景, 考虑冻土为弹塑性介质, 建立斜井冻结掘砌平面模型, 采用本方法对掘砌模型进行模拟分析, 并与传统方法进行比较。结果显示, 采用双模型法模拟掘砌模型的初始应力-位移环境, 得到的应力场、位移场与围岩未扰动状态下的理论值吻合;改进重叠单元法模拟井帮完全卸载后支护井壁的掘砌过程, 得到不同模型顶面埋深下井壁内外缘的环向应力均小于10^-6 MPa, 井壁位移均小于10^-7 m, 与理论值接近, 且本方法的模拟结果均优于传统方法, 表明本方法具有较好的可行性和较高的模拟精度。     

水泥改良土融沉对地层位移场影响的数值分析

【目的】分析水泥改良土融沉对地层位移场的影响规律,为水泥土改良冻结法应用于城市地下工程提供理论基础。【方法】以南京地铁10号线盾构出洞水平冻结加固工程为研究对象,采用三维数值模拟方法对水泥改良土融沉引起的地层位移进行了分析,采用单因素分析法,分析了融沉系数、覆土厚度、冻土壁尺寸对融沉位移场的影响规律。【结果】冻结区土体未经水泥土改良时,地表最大融沉量为12.811 cm; 水泥掺入比为12%时,地表最大融沉量为1.521 cm,表明水泥的掺入可明显减小冻土融沉。【结论】水泥土融沉时,土层越深,融沉位移越大,融沉范围越小; 地表融沉位移呈盆状沉降面,最大沉降位于出洞口处,随融沉系数增加,地表最大融沉量逐渐增大,但地层沉降分布规律不变; 覆土厚度越大,地表融沉量越小; 冻土壁尺寸增加时,地表位移发展速度变缓,地表沉降时间延长,最终融沉量增大。