无壁座冻结井筒的竖向受力分析及其设计的探讨

目前,随着冻结井筒穿凿表土深度的增大,造成其基岩生根壁座的施工愈来愈困难。本文通过对冻结井简表土段竖向受力情况的分析,按其最不利情况下的荷载条件,对壁圈的设计计算进行了探讨,旨在确保安全的前提下,取消冻结井简的基岩生根壁座,简化施工工艺,提高成井井壁质量。     

煤矿井筒多管路简支梁受力分析

为统一井筒内管路简支梁受力分析方法,依据黄陵一号煤矿四号进风提升斜井井筒内多管路简支梁布置特点,建立了煤矿井筒在单管路布置条件下卡管梁、直管座梁及90°弯头管座梁的受力力学模型,得到了单管路分别对卡管梁、直管座梁及90°弯头管座梁作用力公式,并计算了四号进风提升斜井井筒中各管路对直管座梁的作用力。     

孟村煤矿主井冻结壁设计

深厚基岩全深冻结法井筒施工在我国使用较少,供参考的文献和工程实例不多.对目前冻结壁计算公式进行了分析,并根据孟村煤矿围岩性质和水文地质条件对相关参数进行了分析论证,选用合适的冻结壁计算公式,对孟村煤矿主井深厚基岩冻结中冻结壁进行了设计计算.     

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。     

围岩对竖井井壁承载能力影响的对比研究

为解决我国西部地区在深埋含水基岩条件下建设大型井筒进行井壁设计的难题,研究和推导了基于围岩、井壁、水相互作用的井筒稳态模型试验准则关系;以1号,7号,10号模型试验为重点,介绍了高水压作用下无围岩条件的井壁和9组带不同厚度和剪切模量的围岩的井壁的模型试验过程;通过无围岩的有限段高井壁试验与厚壁圆筒平面应变问题的解析解进行了对比分析,得出该试验系统对于检验以平面应变为特征的井筒井壁承载能力试验的合理性和适用性。针对梅林庙煤矿地层条件,从同等破坏、相等壁厚度条件和整体数据统计等3个方面,研究了围岩对井壁承载能力的贡献。上述研究有助于理解在高水压下井壁、围岩和水的相互作用机理,对高水压基岩段井壁设计提供定性和定量参考。     

轴对称竖向弯曲应力对井壁结构的影响及设计

本文根据弹性地基梁理论,采用比拟方法,计算了井筒端部(表土与基岩交接处)受井壁或壁座约束而引起的竖向弯矩和竖向弯曲应力,推导出了井壁厚度计算公式,并分析了在表土与基岩交接部位井壁破坏的原因。     

厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理

为揭示厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理,以安徽淮南矿区某在建煤矿副井为背景,分析厚表土薄基岩钻井井筒受拉破断过程与特征,建立马头门上覆岩层弯曲变形竖向剪切拉应力力学模型,给出井筒围岩分层竖向位移函数,采用最小势能原理及弹性力学理论推导出井筒竖向拉应力解析解。分析表明,井筒马头门上覆岩层受施工多次扰动影响发生弯曲变形是产生作用于井筒之上的竖向剪切拉应力的致因;该剪切拉应力产生的作用于井筒之上的拉力由下而上积累到某一阈值,该阈值与井筒自重应力的合力超过钻井井筒极限抗拉强度时,在钻井井筒接头处发生第1次拉断破坏,其后,随着岩层弯曲变形发展,拉断处以上井筒继续受竖向剪切拉应力作用而发生第2次拉断破坏,并导致底部含水层水砂溃入井筒发生淹井事故。马头门围岩的稳定性对改变上部钻井井筒受力状态有重要影响,其上覆基岩越薄影响越大,越易发生钻井井壁拉断破坏,基岩与风化基岩弹性模量比和风化基岩与底含弹性模量比对井筒发生拉断破坏时的位置,以及对应马头门顶部最大竖向位移影响均较小。通过采用钻井井筒竖向受拉等强设计、钻井井筒底部设置壁座、马头门至钻井井筒底部基岩段设置1~2道水平隔离缝、地面L型注浆加固马头门软弱围岩等技术途径,完善现行相关设计规范,确保钻井井筒运行安全。     

塑料夹层复合井壁的防水机理

我国冻结施工的立井,广泛采用双层现浇混凝土井壁。这种井壁结构的特点是:①外层井壁要受冻土壁的约束,内层井壁要受外层井壁的约束。②施工阶段温度变化大。外层井壁是随井筒冻土由上而下分段挖掘,并在一个段高内由下向上砌筑。混凝土浇注几天后,转入负温(-5～-12℃之间),待井筒掘砌到基岩,打好壁座,扎好     

高水压下基岩冻结壁设计方法

首先提出了高水压基岩冻结在冻结壁和井壁设计方面存在的问题;其次回顾了冻结法凿井中冻结壁厚度设计理论的发展,客观地揭示了井筒井壁内外分层的力学原因,以及基岩冻结壁设计方面所需考虑的基本问题;第三,探讨了包神公式设计冻结壁的载荷性质,及与冻结壁外缘载荷的关系,剖析了冻结壁与井筒的几何尺寸、刚度等因素对冻结壁外缘载荷的影响;第四,深入研究了采用拉麦和包神公式进行冻结壁弹性设计的力学条件;第五,定量分析了井筒冻结壁弹性设计的深度范围;最后探讨了冻结基岩许用强度、剪切模量之比等参数对设计冻结壁厚度的影响。     

立井井筒排水管路支撑梁受力分析与计算

应用流体力学的动量方程计算了水流对90°弯头的作用力,分析了立井井筒排水管路的受力;井筒管路受到的水流作用力分为静水压力、稳定运行时工况压力和水力过渡过程产生的水锤压力三种情况,受力最不利的情况为水力过渡过程产生的水锤压力。分别对导向管卡支撑梁、焊接直管座支撑梁和90°焊接带座弯头支撑梁的受力进行分析计算。在立井井筒排水管路底部使用小于90°的弯头,可以降低直管座支撑梁的受力,减小支撑梁的断面尺寸。指出在管路支撑梁的受力计算时,可以不考虑井筒温度变化的影响,但在设计中应采取措施消除温度变化引起的管路内应力。     

立井井壁破裂的调研

为摸索立井地压规律,提供井壁结构设计的理论依据,结合孙村矿1200m立井建设要求,我院和新汶矿务局组织国内立井基岩段井壁变形、破坏调查。调查情况如下: 一、立井基岩段井壁变形破坏状况 1.辽源西安矿立井主井净径6m,箕斗井,副井净径8m,罐笼井。井筒总深586m。两井均为缸砖井壁,壁厚500mm,设有壁座。井筒自上而下穿过表土(黄土5.8m),砂     

深井冻结壁与外井壁共同作用的理论分析和计算方法

目前设计计算冻结壁所沿用的拉麦公式或多姆克公式,都是把冻结壁看作内表面裸露的厚壁圆筒,而未考虑双层井壁结构中的外层井壁对冻结壁的作用,因此其计算结果偏于安全,并且随着冻结深度增加冻结壁厚度的计算值也过大。本文认为,在冻结井筒中,冻结壁与外井壁可共同承受周围地压,它们可作为复合结构按一个共同作用的受力系统来设计。     

一个立井基岩垮塌事故剖析

立井基岩垮塌是不易见到的，而恩口煤矿立井基岩垮场事故却很典型。本文应用工程地质力学及岩体力学有关理论进行分析，指出在井筒施工中忽视了工程地质条件的变化，对井筒地压和支护设计也未作重新计算，是造成该井筒基岩严重破坏的主要原因。值得引进同行们的注意并从中吸取教训。     

壁后注浆在麟北矿区立井井筒施工中的应用

针对崔木矿井井筒基岩含水丰富,井筒涌水量大的特点,在普通法凿井工艺条件下,采取强排强过措施,通过实施壁后注浆封堵含水层,取得了良好效果,最大限度减小井筒涌水量,顺利通过了强含水层.     

复杂地质条件下的立井井筒基岩段注浆防治水技术

赵楼煤矿风井井筒基岩段含水层多、涌水量大,且多为高角度裂隙水。井筒基岩段掘砌施工中,采用工作面预注浆和壁后注浆相结合的方法封堵涌水,最终将井筒总涌水量降到了3.97m3/h,取得了良好的效果。     

浅埋薄基岩沿空掘巷围岩结构稳定性分析

为了分析浅埋薄基岩沿空掘巷围岩结构形成及失稳机理,根据浅埋薄基岩沿空掘巷覆岩破断特征,建立窄煤柱-实体煤-基本顶-覆岩共同作用的围岩结构受力模型,即"外伸梁"结构模型。通过对外伸梁结构的力学分析,揭示基本顶与窄煤柱对围岩稳定性的耦合作用机理,确定基本顶侧向极限悬跨度、窄煤柱压力及宽度等参数的计算公式。推导外伸梁结构系统平衡时需满足的解析条件以及稳定性判别条件,得到窄煤柱宽度与煤柱抗压强度成反比,且随基本顶抗剪强度增强而增大的强度关系。南梁煤矿30100工作面沿空掘巷窄煤柱宽度确定的实践表明,依据外伸梁结构模型确定的基本顶侧向极限悬跨度与其周期来压步距近似相等,窄煤柱宽度参数合理。     

复杂地质条件下立井井筒壁后注浆工艺

通过对新义煤矿副井井筒穿过复杂的地层条件,并且在多次井壁破裂补强后井筒受力情况分析,确定不同注浆区段及合理的壁后注浆方案,解决井筒淋水大的问题。     

地面预注浆在井筒堵水中的应用

为保证井筒施工安全,给井筒基岩段掘砌施工创造良好条件,通过对井筒基岩段的水文地质条件进行分析,使用工作面预注浆技术,对井筒基岩段含水层进行注浆,有效封堵基岩段砂岩裂隙水与井筒水力的联系。使用该技术治理井筒涌水,确保了井筒的安全和快速施工。     

凿井期基岩冻结壁对井壁的径向荷载及其影响因素

将井壁、冻结壁、基岩假设为3层无限长厚壁圆筒,求解获得凿井期基岩冻结壁对井壁径向荷载fa的最大理论解;而后,建立空间轴对称数值模型,系统研究立井"短掘短砌"的施工工艺、基岩冻结壁与井壁物理力学参数等对fa的影响规律。结果表明:当井壁刚度越大、泊松比越小,壁后基岩刚度越小、泊松比越大时,fa越大;fa的最大数值解随井筒埋深的增加而增长,其沿井壁外缘的分布规律可表示为井筒埋深的线性函数。     

基岩中圆形竖井地压的计算

过去曾对表土层中圆形竖井地压计算的问题发表过意见,现在再对基岩中圆形竖井地压计算及实践中的有关问题发表些看法。在基岩中的计算和在表土层中的计算一样,除掉围岩给予井筒压力外,地下水给井壁的压力有时也起主要作用,这里先谈前者。在基岩中如果还用普氏和秦氏公式去近似地计算竖井地压,存在着明显的不合理,坚硬、稳定基岩中不可能存在这么大的地