深井冻结黏土爆破振动传播规律研究

为研究冻结黏土爆破中的应力波传播规律,减小对冻结管和井壁的振动损伤,在立井冻结黏土掘进段开展了爆破试验.通过井下-690 m的爆破振动测试,得到了冻结黏土中垂直、水平径向和水平切向的振动速度,利用萨道夫斯基公式对参数进行拟合,得出冻结黏土单一介质爆破各向振动速度呈现出差异,垂向振动速度>径向振动速度>切向振动速度.对冻...     

基岩冻结新型单层井壁现浇混凝土温度场实测研究

以呼吉尔特矿区葫芦素副立井为工程实例,对国内首个基岩冻结新型单层井壁现浇混凝土温度场开展了现场实测研究,对新型单层井壁的防冻害、防裂技术进行了讨论。研究结果表明:在取消泡沫塑料保温层、现浇混凝土与冻结基岩直接接触的条件下,通过适当增加冻结管至井帮距离、提高井帮温度的方法,可保证新型单层井壁在强度增长期免受冻害,葫芦素副立井实测的全断面正温养护时间≥26.7 d。采用微膨胀混凝土技术、"竖筋预紧"等方法在现浇混凝土中施加预压应力,可部分抵消井壁因温度变形产生的拉应力,葫芦素副立井井壁防裂效果良好。     

超深厚冲积层千米立井冻土爆破井壁振动响应特性研究

随着我国对地下资源需求的不断增大,超深立井施工逐渐普遍化。在立井开挖时为了稳固井壁且减少井壁坍塌,一般会选用冻结法施工,但爆破时产生的振动仍然会对井壁的稳定性造成一定的影响,严重情况下出现的塌方现象,会造成一定的人员伤亡、延缓施工进度等危害。为解决此类问题,以赵固二矿西风井704.6 m深厚冲积层冻土爆破掘进工程为研究背景,开展深大立井冻土爆破井壁振动监测,并结合ANSYS/LS-DYNA分析软件建立立井多段爆破三维数值模型,深入探索冻结表土段冻土爆破开挖下井壁的振动响应规律。研究结果表明：冻土爆破引起井壁振动的时程曲线各段波形区分明显,段装药量大、炮孔分布密集的3段辅助孔爆破对井壁振动影响最大,合速度为8.39 cm/s,均在安全范围以内;掏槽爆破时,井壁主要受纵波影响产生振动,垂向振速大于径向和切向振速;辅助爆破时,随着自由面增大,爆破产生的作用力逐渐向水平向扩展,井壁径向振速逐渐占优,垂向振速相对减小;运用一维弹性波理论,分析了爆破引起井壁的振动速度对混凝土应力之间的关系,计算结果小于混凝土抗拉强度;对比数值模拟结果与实测振速波形,验证了模型的可靠性和准确性,并通过模拟分析获得离...     

立井临时锁口的爆破拆除

立井临时锁口爆在皮拆除的关键是不得在预留井壁上形成炮震裂隙，并要防止爆块掉入井筒中，本次工程实践采用预裂爆破，合理的药量、ＭＳ电雷管起爆等技术，施爆后在井壁内侧形成一层裂而不脱落的薄层，这层混凝土薄层起着防止爆块掉入井筒中的作用。     

冻结立井井壁早期温度应力计算研究

介绍了冻结井筒井壁温度应力研究现状,分析了井壁早期温度应力的产生机理;基于热弹性理论,建立了矿山冻结立井井壁早期温度应力计算模型,推导了井壁早期温度应力和应变计算公式;通过算例分析,环向和竖向温度应力以及环向温度应变与温度变化分布相关,环向温度拉应力最大达到27.62 MPa,最大环向温度拉应变为196με,说明井壁设计不能忽略温度应力的影响。     

深厚冻结基岩中新型单层井壁的施工技术与混凝土应变实测

以呼吉尔特矿区葫芦素副立井为工程实例,详细阐述了国内首个基岩冻结新型单层井壁的施工工艺和混凝土应变实测方法,对施工过程中的技术难点进行了分析,给出了井壁混凝土的质量控制指标。现场实测表明：新型单层井壁混凝土应变是冻结压力、井壁温度共同作用的结果,其变化规律可分为OA , AB, BC, CD 等4个阶段;混凝土浇筑完毕后的99.6~149.5 d,混凝土竖向、环向压微应变极值分别达到－190.5～－458.0和－590.4～－799.1;混凝土环向压微应变极值为竖向的1.3~4.2倍,且最大不超过混凝土极限压微应变估算值 ε max 的25.7%;凿井期葫芦素副立井单层井壁处于安全状态     

麦垛山矿井副立井上段井壁冻胀压力监测方案研究

为了保证麦垛山矿井副立井井筒上段井壁不受下段井壁冻结期影响,对上段井壁冻胀压力进行监测。该方案利用专用冻胀压力测量管实现,在井壁外侧卸压孔内布置冻胀压力传感器,并在井壁表面预先埋设应变计,根据应力解除前后的应力变化和井壁混凝土的弹性模量计算井壁的表面应力。通过及时掌握冻胀作用在井壁上的压力变化,为麦垛山矿井副立井井筒的安全、顺利施工提供保障。     

厚表土斜井冻结凿井期井壁混凝土应变实测研究

为了研究斜井冻结法凿井过程中井壁结构的安全性,对哈密大南湖十号煤矿主斜井进行了现场实测,获得了主斜井冻结段井壁混凝土应变和钢筋应力的变化规律。结合混凝土极限拉压应变,分析了井壁结构的安全性,并对斜井冻结施工提出优化建议。研究表明:井壁浇筑后,混凝土应变变化可分为4个阶段,即紊乱期、应变加速增长期、应变缓慢增长期及应变稳定期,井壁真实应变应从紊乱期后开始计算;斜井井壁设计主要受拉应变控制;在大南湖十号煤矿主斜井施工中,井壁底板环向拉应变最大达1 280με,远大于混凝土设计极限拉应变,井壁圆弧段局部位置环向拉应变超过200με,井壁处于破裂危险状态。     

郓城煤矿主井外壁混凝土应变的实测及分析

为了深入研究井壁的受力与变形规律,在郓城矿冻结法凿井过程中,开展了井壁应力、应变的现场实测研究。通过郓城主井冻结凿井现场实测,获得了郓城主井外层井壁混凝土应变的变化规律,并与混凝土允许应变值或极限应变值进行对比分析,预测了外壁的安全性。分析得出：郓城主井外壁混凝土环向受压很大但远小于高强混凝土的极限压应变,最大竖向拉应变较大但主要出现在混凝土强度已充分增长后,因此井壁是安全的。     

立井基岩段混凝土井壁温度应力分析

本文的主要目的是研究深立井混凝土井壁的温度应力及温度应力对井壁结构优化设计的重要影响.本文的研究从物理学中的热胀性原理及热传递理论入手,全面考虑了固体力学中的热弹性理论,平面应变问题的求解方法,推论出了求解温度应力的正确的解析公式.所得结果不仅可用于煤矿立井井壁稳定性分析,对深立井井壁结构的优化设计同时具有重要的参考价值.     

特厚表土层钻井井壁底结构分析与设计优化

针对目前特厚表土层深钻井工程井壁底常用设计计算方法不能反映结构的细部应力特征、且支承环应力与实际状态不符的难题,采用有限元法对淮南张集煤矿西区进风井井壁底结构进行了数值分析,计算结果表明,原设计井壁底结构中壳体与支承环相交处内缘径向应力最大,为-34.54 MPa.在井壁底结构设计时,可取支承环高度2.0 m进行计算.通过设计优化,井壁底结构中最大应力得到大大降低,只有-12.68 MPa,满足了设计强度要求.工程实测结果表明,优化后井壁底结构中实际钢筋的最大应力为-67.20 MPa,混凝土最大应变为-351 με,且都远小于他们的设计值.优化后的井壁底不但节约了混凝土浇灌量,更为重要的是中间部位没有浇灌实,为后面破锅底爆破工作创造了自由面,加快了施工进度.     

深厚表土层冻结井筒高强钢筋混凝土内壁设计优化与实测分析

针对深厚表土层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,对高强钢筋混凝土内壁的受力机理、设计优化方法、现场实测结果进行了分析研究。首先,采用相似理论设计出模型井壁并进行加载试验,实测得到高强钢筋混凝土内壁的应力、变形和承载力,研究了该种井壁结构的受力机理,结果表明深厚表土层冻结井筒内壁属于深埋于地下的厚壁圆筒结构物,由于内表面的圆形结构特征,在侧向压力作用下,井壁结构中混凝土由外缘的三向受压过渡到内缘的二向受压应力状态,其混凝土抗压强度提高了1.592～1.765倍,井壁承载能力得到显著提高。建立了混凝土抗压强度提高系数试验值的计算公式,获得了高强钢筋混凝土内壁的应力特性和强度特征。然后,基于我国现行混凝土结构设计规范关于混凝土多轴强度验算要求,根据模型试验结果和内壁受力机理,提出了深厚表土层高强钢筋混凝土内壁设计优化方法,给出了混凝土抗压强度提高系数设计取值。并将设计优化方法应用于潘三煤矿新西风井冻结段内壁控制层位,井壁厚度由原设计的1 150 mm优化为900 mm,厚度减薄达21.74%。最后,通过潘三煤矿新西风井工程现场实测表明,优化设计后的井壁结构中环向钢筋应力值为-125.8～-136.9 MPa、竖向钢筋应力值为-39.5～-53.2 MPa,远小于钢筋强度设计值300 MPa,井壁中混凝土环向应变为-730×10~(-6)～-790×10~(-6)、竖向应变为-380×10~(-6)～-390×10~(-6),远小于C70混凝土的极限压应变值,说明设计优化后的井壁结构不但经济合理,而且安全可靠。     

磁西副立井超千米单层井壁受力变形实测与分析

分析了我国矿山井筒井壁实测的现状和发展。采用振弦式混凝土应变计和钢筋计、有线远程传输、可存储数字采集仪,实施了井壁受力变形传感器埋设和监测,测试深度达到了垂深1 208 m。根据实测数据,对井壁混凝土应变分别进行了内缘与外缘、竖向与环向的对比,钢筋受力应变和混凝土应变之间的对比分析,并通过包神公式进行理论值和实测值的对比分析。对比研究说明了实测结果的正确性、合理性。结果表明,短掘短期单层井壁的内缘环向应力大于竖向和径向应力,符合包神井壁设计公式推导的理论基础,井壁实测期间全过程中出现最大观测值的时间是混凝土井壁砌筑后5~6个月,最大环向应变约为-1 093×10-6,总体平均内缘环向应变为-682×10-6。井壁混凝土环向应变的不均匀系数为2.15,钢筋受力的不均匀系数为1.36。实测结果表明,C60等级,900 mm厚的钢筋混凝土井壁是安全的,可为千米竖井井壁设计提供参考。     

含水不稳定基岩段新型单层冻结井壁结构及抗渗研究

单层井壁较我国普遍采用的双层井壁结构形式有施工工期短,成本低等优点。提出了在煤矿立井穿过含水不稳定基岩段时,可采用单层井壁结构。针对单层井壁存在施工冷缝且受到地下水压力和多向应力的作用出现渗(漏)水的问题,研制出了一种用膨胀混凝土和类S形接茬方式浇筑的新型单层井壁结构形式。根据相似理论进行了井壁结构模型设计和模型试件的加工制作,并做了相关的模型试验。研究结果表明,此种新型单层冻结井壁在环向压力和竖向压力共同作用下的抗渗性能良好,所以单层冻结井壁在井壁结构施工中具有一定的可行性。     

约束混凝土结构在井筒支护中的研究与应用

约束混凝土井壁由于采用材料强度和弹性模量都高于钢筋混凝土的网板作为其内层结构,内外层产生良好的复合作用,使外层钢筋混凝土筒体在受力时,内表面产生径向约束压应力,从而提高井壁的整体承载能力,避免井壁因径向拉应变超过材料极限而发生破坏。模型试验和工程应用都证明了约束混凝土结构是一种理想一抗地层竖向附加力的井壁结构型式。     

冻结壁融化期间井壁受力变形分析与壁间注浆机理

针对深厚冲积层冻结井筒早期壁间注浆封水效果不好的难题,通过实测数据分析和理论计算对深厚冲积层冻结井筒的冻结壁融化特性、井壁受力变形和壁间注浆机理进行了研究。通过对现场测温孔实测数据分析,得到了不同土层的融冻时间比;通过理论计算表明,在冻结壁完全融化后,外壁的外表面承受着水土压力、内表面作用有壁间水压,在此情况下,外壁内表面径向变形比单独冻结压力作用下的外壁变形要小的多,总体表现为向外反弹;而内壁在壁间水压作用下向内位移,由于内、外壁变形位移方向相反,壁间空隙形成,从而为注浆浆液扩散提供了通道。提出壁间注浆的最佳时机应在冻结壁完全融化、在压力水作用下壁间间隙已经形成、内壁还没有出水前。并给出了具体的壁间水压监测系统,实行了壁间注浆信息化。     

深厚冲积层井筒修复内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁研究及应用

针对板集煤矿副井井筒修复的复杂工程条件,提出采用内套内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁结构。首先,对该种新型井壁结构力学特性进行了模型试验研究,结果表明:在井壁结构中高强钢纤维混凝土的极限压应变可达(-3 710~-3 750)με,显著提高了井壁结构的延性特征;由于内层钢板的约束作用,井壁内缘钢纤维混凝土也处于三向受压状态,钢纤维混凝土抗压强度提高了1.822~1.974倍,从而显著提高了该种复合井壁的承载能力;在板集煤矿副井井筒修复工程中首次应用了内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁,并通过现场实测结果表明,2个监测水平钢纤维混凝土应变分别为-290με和-359με,远小于试验实测的极限压应变值,说明目前该种新型井壁结构混凝土变形小,井壁结构安全可靠。     

凿井期冻结井外壁的力学模型及水平极限承载力研究

冻结井外壁浇筑后,受力状态逐渐由平面应力向广义平面应力转变,并承受急剧增长的冻结压力作用,因而确保早期水平承载力是外壁设计的关键.针对冻结井外壁的受力特点,分别基于两种混凝土强度准则,推导出了平面应力、广义平面应力、平面应变状态下外壁水平极限承载力的计算公式.研究表明:外壁水平极限承载力取决于井壁断面特征系数、混凝土应力状态、混凝土的单轴抗压强度;与平面应力状态相比,平面应变状态下外壁水平极限承载力显著提高.为确保冻结凿井工程的安全,外壁应尽量按平面应力模型或广义平面应力(如能确定值)模型而非平面应变模型开展设计,否则水平极限承载力将被显著高估.     

削球式及椭圆回转式钻井井壁底力学性能分析

钻井法凿井是采用大型钻井机经一次或几次扩孔施工竖井井筒的方法,钻井底部井壁底结构承受最大的水泥浆压力,容易发生破坏。根据钻井井壁底飘浮下沉中的实际工况建立模型,采用ANSYS计算软件对削球式和椭圆回转式2种井壁底的力学性能进行有限元分析,分析2种井壁底的应力分布规律和受力的主要影响因素,同时选取受力形式相对较好的削球式和椭圆回转式模型进行关键点受力比较,提出了对深厚表土层钻井井壁底的最佳结构形式,为今后采用钻井设计与施工时选择最佳井壁底结构形式提供参考。