基于冻结壁地层相变环境下大体积混凝土温度场研究

介绍了中国矿山冻结法凿井井壁混凝土温度问题的现状和发展,研究了井筒冻结相变导热环境下大体积混凝土井壁温度场数学模型;介绍了营盘壕冻结副立井套内壁的工程概况、垂深704m壁座结构和温度监测方案,7个实测点数据,图形展示了混凝土浇筑72h内井壁及围岩的实测温度发展.有限元数值模型计算获得了对应实测点的温度数据,和实测结果相当接近,并预测了在停止冻结后直至全部融化的井壁及围岩温度分布发展情况.数值计算还原了井壁距内缘深682mm测点2的一段丢失数据,弥补了对测温量程考虑不足导致数据丢失的遗憾,并显示出在混凝土搅拌后37.5h时井壁测点最高温度可达到92.3℃,高温发生在内壁中间部位,井壁内外温差最高达到了65℃以上,如此高的内外温差值得设计和施工人员关注.模型还揭示了停冻120d后冻结壁全部融化,即围岩都上升到摄氏正温以上.     

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。     

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。     

淹水井筒上部井壁保护新技术

为解决淹水井筒采用冻结法施工后井壁所面临的安全问题,对井筒上部井壁保护的相关技术进行研究。以冻结壁为对象,采用现场实测和有限元数值模拟相结合的综合研究方法,提出新的冻结设计方案。在冻结壁达到设计要求后进行强制解冻,总结冻结壁的发展变化规律。结果表明:强制解冻能够有效控制冻结壁的发展,从而减小其持续过快发展对井壁的影响。该结果可以直接服务于工程实践,对工程设计有重要的理论和现实意义。     

神华集团塔然高勒煤矿风井普通法转基岩冻结法凿井施工实践

塔然高勒煤矿风井井筒采用普通法施工过程中井筒大量涌水,导致淹井,后采用冻结法施工。文章介绍了井筒冻结设计、冻结施工及井筒掘砌情况,并对已有井壁破损的问题作了简要探讨。     

高井帮温度下的冻结粘土层施工理论与实践

虽然祁东矿副井在通过特厚冻结粘土层时，井帮温度远远高于设计温度，但是冻结壁性状分析表明，冻结壁有效厚度和平均温度十分接近于设计值，考虑到冻结壁的实际工作性状，通过适当改变井壁的设计参数和采用短段掘进、快速通过的施工工艺，能够保证井筒的施工安全和冻结壁的稳定。避免了停产冻结的后果，提前工期近4个月。实测结果表明，冻结壁和底鼓变形值均较小，没有引起外层井壁的破坏和冻结管断裂事故。     

立井井壁破坏机理的力学模型与分析

对冻结法施工的立井井壁破坏原因进行分析研究，建立了合理的力学模型，推导出井壁的应力计算式。针对具体实例进行分析与验证。分析研究表明导致立井壁破坏的主要原因是井壁负摩擦力和温度应力。为立井设计和修复提供了依据。     

液压分裂机在破除井壁混凝土中的应用

板集煤矿主井井筒修复期间，需对井筒进行套壁加固，当套壁施工至壁座下口时，根据设计要求需时原井壁进行破除作业。由于壁座段原井壁为C40钢筋混凝土，井壁强度高，吊盘作业空间小，作业操作不方便等诸多因素的影响，给主井井筒壁座段破除作业增加了难度。很大程度上制约了壁座破除进度。为了保证主井修复工程施工进度，经过调查研究，决定使用液压分裂机配合风镐、风锤进行破除混凝土工作。     

井筒开挖下非线性冻结壁的应力场和位移场计算

基于冻土力学性能试验获得的冻土应力一应变关系曲线所确定的冻土本构方程,分析人工冻结壁在井筒开挖过程中的力学特性;利用解除应力的概念,考虑冻结壁为非线性材料,推导出冻结壁的应力场和位移场的计算公式．通过对实际工程的计算分析表明,该计算方法可应用于深井冻结壁的设计计算．     

天津地铁联络通道冻结施工的数值分析

采用通用有限元程序ANSYS,建立联络通道三维模型,对冻结施工过程进行三维数值分析,研究了冻土墙在设计冻结温度和厚度情况下的受力性能以及分步开挖对冻土墙和地面沉降的影响.结果表明,冻结法施工所采用的设计参数是安全的;分步开挖对地面沉降影响较小,对冻土墙底板、冻土壁和拱顶变形影响较大,其中冻土墙底板为开挖施工中结构的最不利部位,施工时应加强支护.     

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。     

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     

冻结压力AI-GM理论预测方法研究

为确保运用冻结法在深厚表土中进行井筒施工过程的安全,需对外层井壁承受的冻结压力发展趋势进行准确预测.在用遗传方法对灰色理论建模数据进行全局优化的基础上,建立了预测冻结法施工中外层井壁承受冻结压力发展趋势的智能灰色理论模型.通过预测值与监测值的对比,表明该模型能很好地对井壁承受的冻结压力发展趋势进行预测,对快速、安全建井意义重大.     

冻结壁的有限元分析

本文指出了以往冻结壁设计所存在的问题,认为用有限元法求解冻结壁应力和位移比较恰当。介绍了冻结壁有限元分析的基本理论、计算成果及其分析。提出了水平不动面的概念,并据此求冻结壁的绝对位移值。提出了用有限元法与现场观测相结合的办法推算冻土物理力学性质、并根据所求出的冻土物理力学性质进行冻结壁设计或予测未来井筒的井帮位移值。     

张集矿二水平立井施工水害综合防治技术研究

在立井施工过程中,水害防治是极为重要的工作,因水害防治不到位造成重大损失的事故比比皆是。在充分吸取各类井筒防水经验和教训的基础上,第二副井从设计源头、"上冻下注"、严抓井筒施工质量、冻结水文孔观测、壁间壁后注浆等方面采取了综合水害防治预防措施。采取综合防水措施后,第二副井目前井壁无明显出水点,杜绝了水害对井筒带来的各种不利影响,确保了第二副井井筒施工安全顺利进行。     

深冻结井高强钢筋混凝土弧形板外壁内力分析

针对深厚表土层冻结井筒外层井壁的支护难题,结合其受力特点,提出了采用装配式高强钢筋混凝土弧形板结构,并考虑弧形板外壁与冻结壁的共同作用,推导出在不均匀冻结压力作用下装配式弧形板外壁的位移和内力计算公式.根据工程实例计算结果,指出了深厚表土层冻结井筒装配式弧形板外壁在设计和施工中应注意的一些关键技术问题,从而为该种新型外壁的实际应用提供了理论和设计依据.     

水平冻结法施工超大断面隧道的技术研究与应用

人工冻结法施工技术在一些困难地层、复杂地下结构施工中得到了广泛的应用,与其他工法相比,具有很多独特优点和可靠性。以广州地铁六号线大坦沙站方向与车站对接段隧道加固为工程背景,针对超大断面和复杂的条件,提出采用人工冻结法施工。首先基于热力学原理,推导了岩土冻结过程的水热力耦合控制微分方程组,并采用有限元软件对水平冻结过程进行了数值模拟,优化了设计参数。结果表明:积极冻结45天时有效冻结壁平均温度、有效冻结壁厚度、开挖产生最大变形均满足设计要求,最大变形位于冻土底板中间位置;表明采用的人工冻土双屈服面本构模型及水热力耦合控制方程是可行的。同时根据本工程特点,提出了施工技术难点与控制要点,保证了工程顺利实施,研究结果具有一定的实用价值。     

类比法分析预测井筒冻结效果实例应用

张集煤矿先后施工中央区第二副井、东区进风井2个井筒,本文通过分析第二副井相关冻结参数及井筒开挖实际情况来计算不同层位冻土发展速度,进而类比预测东进风井井筒冻结交圈和控制层位有效冻结壁厚度、井帮温度,为下一步工作提供依据。     

杨村煤矿副井井架基础防冻、隔温设计优化

国投新集能源股份有限公司杨村煤矿副井井筒净直径7.5m,冻结深度725m。由于冻结深度深、冻结时间长,设计冻结布孔圈径大,使得副井井架基础与冻结孔之间距离较小,井架基础施工与冻结期间两者相互影响。为确保副井井架基础不受冻土影响变形,防止井架基础隆起或下沉及井架安装后因不均匀位移产生破坏性内应力,对副井井架基础进行了防冻、隔温设计优化。