冻结井壁高强高性能混凝土的研制与应用

冻结段井壁的基本结构形式是双层井壁.为提高外层井壁快速抗压能力以及减少施工时冻结壁对井壁的影响,通过试验,在普通混凝土中添加外加剂,配制成不同标号的高强高性能混凝土,在减小井壁厚度的条件下,能有效提高混凝土早期强度,防裂密实,降低水化热,防止外层井壁被压坏和减少井壁施工时产生的温度裂缝,提高封水和抗压能力.     

深厚冲积层盐害腐蚀下矿井混凝土井壁可靠度研究

盐害腐蚀导致混凝土和钢筋强度衰减,耐久性能劣化。提出用随机过程表达的混凝土与钢筋的抗力衰减模型,推导了基于抗力和荷载为随机过程的井壁时变可靠度功能函数,以此为基础推导出矿井井壁体系可靠度计算可以转化为确定井壁最弱单元可靠度。     

低温下大体积高强混凝土裂缝成因分析与控制

大体积混凝土施工中,水泥水化引起混凝土内部温度变化以及外界约束条件是导致混凝土产生裂缝的主要原因。尤其在矿井建设中,裂缝将会影响混凝土的整体性、防水性和耐久性。因此如何控制混凝土裂缝是井壁混凝土施工技术的关键。结合工程实际和现场实测,对低温条件下大体积高强混凝土裂缝成因进行分析,并提出相应的措施。     

冻结井筒防水混凝土的研究及应用

为提高井壁混凝土抗裂防水性能，对掺加数种外加剂的混凝土进行了试验室试验，比较了各自的强度、胀缩性和抗渗特性，得出在合适的配比及养护条件下，具膨胀性能的外加剂可改变混凝土的收缩特性，使混凝土在硬化期间具有微量膨胀，从而可抵消冻结井壁在硬化期间的干缩和温缩，此成果应用于冻结井筒工程中，取得了良好效果。     

黄铁矿尾矿泡沫混凝土力学性能和水化特征

为了探究发泡剂、水胶比、比表面积以及纤维的添加对由黄铁矿尾矿制备的泡沫混凝土力学特性的影响，对泡沫混凝土进行了抗压强度实验，最终得出了以上配料的较优种类和配比，为后续研究黄铁矿尾矿掺量对泡沫混凝土力学特性的影响打下基础。黄铁矿尾矿掺入量对泡沫混凝土的影响黄铁矿实验结果表明:随着黄铁矿尾矿掺量的不断增加，泡沫混凝土的抗压强度逐渐下降，且掺入量在10%～20%之间强度的衰减幅度较大。通过DSC-TG测试发现，黄铁矿尾矿掺入量的增大会导致水化产物的减少，进而降低泡沫混凝土的力学性能； IR光谱分析表明，随着黄铁矿尾矿掺入量的增加会导致OH-、Si-O和Al-O键数量减少，这代表了水化产物生成量的减少，从而减小其抗压强度；水化热测试结果表明，黄铁矿尾矿掺入量的增加会导致其抗压强度降低，实验还发现在保护龄期50 h后，黄铁矿尾矿可提高泡沫混凝土的强度，在泡沫混凝土加入适量的黄铁矿尾矿矿能够适当改善其养护后期的力学特性。      

白垩系冻结井筒“两壁”相互作用分析

鉴于白垩系冻结井筒在开挖后,冻结壁会受砌筑井壁时混凝土产生的水化热影响导致局部升温或融化,而外层井壁也会受到冻结壁低温的作用,产生较高的井壁内外温差,对强度增长不利,且容易产生温度裂缝对井筒安全造成不利影响;运用ANSYS有限元数值分析软件,结合新庄煤矿风立井井筒白垩系地层的实际工况,对冻结法凿井冻结壁与井壁温度场相互作用变化规律进行有限元数值分析研究,并成功指导了工程实践。     

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。     

磨细钢渣掺量对水泥和混凝土性能的影响

通过测定掺加磨细钢渣矿粉的水泥标准稠度需水量、凝结时间、水泥净浆流动度以及硬化水泥的化学结合水量,研究磨细钢渣矿粉对混凝土抗压强度、抗渗性、抗冻性、抗碳化以及孔结构的影响.结果表明,磨细钢渣在不同程度上延缓了水泥的水化,从而导致凝结时间的延长.磨细钢渣具有令人满意的减水效果且与混凝土减水剂有较好的适应性.适量磨细钢渣掺入混凝土中对混凝土抗压强度以及耐久性能影响不大,将磨细钢渣与磨细粉煤灰或矿渣混掺可以发挥复合效应,提高掺合料的活性,改善混凝土的性能.     

浅谈大体积混凝土的裂缝控制

大体积混凝土开裂后,其性能与原状混凝土性能相差很大,尤其是对耐久性(渗透性)的影响更大,而混凝土渗透反过来又会加速和促使混凝土的进一步恶化,严重影响结构的长期安全和耐久运行。而裂缝大多又是在早期产生的,因此,探讨裂缝产生的原因和防止裂缝的出现格外重要。论文通过对大体积混凝土裂缝产生的原因和类型的论述,从各个环节提出了预防裂缝的综合措施。     

温度传感器在大体积高强混凝土施工中的应用体会

中煤第一建设有限公司承建的神华宁夏煤业集团有限责任公司金家渠煤矿中部回风立井井筒,在内层井壁C70高标号混凝土段施工过程中,通过安设温度传感器,从混凝土浇筑到混凝土终凝,连续测量井壁环境温度,混凝土入模温度,混凝土水化反应开始时间,混凝土内外温度差及井壁降温情况等。进行监测收集混凝土的水化热情况及温度变化的数据。解决了大体积、高标号混凝土的裂缝问题。本文以此为例,在分析混凝土裂缝产生的原因,通过安设温度传感器,进行监测收集混凝土的水化热情况及温度变化的数据的基础上,阐明了大体积、高标号混凝土施工安设温度传感器技术的可行性及重要意义,并根据现场实施情况,提出看法和建议。     

外层钢纤维混凝土井壁水化热温度场数值模拟研究

利用ANSYS有限元程序进行了冻结法凿井条件下的冻结温度场和以此为条件的外层钢纤维混凝土井壁水化热温度场的数值模拟研究,得出了外层井壁浇筑之后的温度场变化规律,为井壁温度应力及裂缝的分析和控制奠定了基础.     

高性能混凝土在冻结井筒井壁工程中的应用

焦煤集团方庄煤矿一号井新主井冻结法施工中，采用双掺技术配制C40-C70高性能混凝土，有效地减小了冻结段井壁厚度，较好地解决了外层井壁被压坏和内层井壁产生裂缝的问题，收到了良好的技术经济效果。     

基于早龄期荷载及负温耦合作用下的仿钢纤维井壁混凝土性能的研究

在井壁施工期间,随着井筒穿越冲积层厚度的增加,井壁混凝土所受到的冻结应力、自重应力等各种早龄期荷载也随之增加,这些荷载极可能对早龄期混凝土产生不利影响。笔者首先通过空间轴对称问题的弹性力学解答得到施工期间井壁混凝土所受早期荷载的具体数值;以此为基础,自行设计应力加载装置,研究早龄期荷载及负温耦合作用下,仿钢纤维的加入对冻结竖井井壁C60混凝土抗压强度、氯离子扩散性能的影响,并对其机理进行了探讨。结果表明：在早龄期荷载和负温耦合作用下,随着早龄期荷载的增加,抗压强度明显下降,氯离子扩散系数大大的提高,混凝土的渗透性由“中”变为“高”;在混凝土中掺入仿钢纤维后可明显增加混凝土在早龄期荷载和负温耦合作用下的受荷载能力以及抗氯离子的渗透性能。     

煤粉在支撑裂缝中的运移与沉积规律

针对煤储层压裂过程中易产生大量煤粉问题,应用LD-1A导流能力测试系统进行了支撑裂缝中不同流速、不同煤粉含量的流体流动物模实验,分析了流体在变流速、恒流速和间断流动下,煤粉在支撑剂充填层中的运移、沉积及产出规律。实验表明:煤粉运移具有一定的临界流速,不同条件下,临界流速差别较大,在20~40目石英砂支撑裂缝中,过60目煤粉临界流速可达5.20 cm/min,而过140目煤粉临界流速为2.01 cm/min;流体流速、支撑剂粒径、煤粉粒径、煤粉含量、排采制度等多重因素共同控制煤粉产出量;煤粉容易沉积在支撑裂缝中堵塞支撑剂构建的孔隙,对支撑裂缝导流能力的伤害严重。压裂后有效排出煤粉,可减小堵塞伤害;排采过程中控制流体流速,有利于减少煤粉运移及产出。     

立井混凝土输送管防堵塞技术

立井采用现浇混凝土支护技术,混凝土从地面通过输送管输送到井下工作面,砌筑井壁。输送管一般采用直径159~219mm的无缝钢管。浇筑混凝土过程中,输送管如果发生堵塞,操作人员往往很难发现,会给施工带来重大安全隐患。为确保安全,在输送管出料口以上20~25m处,安装堵塞报警器,一旦输送管发生堵塞,可及时发现、及时处理。     

含高矿化度水地层深立井井壁高强混凝土耐久性研究

为防止穿越高矿化度水地层深立井井壁遭受腐蚀而影响安全运营,开展了硫酸盐全浸泡下井壁高强混凝土耐久性研究。通过3种不同水胶比混凝土和2种经防腐处理的混凝土在硫酸盐环境中侵蚀180 d的抗压强度、质量损失、相对动弹性模量等性能对比试验,来研究高强混凝土的性能。试验结果表明:在各侵蚀浓度下混凝土试件的抗压强度、质量与相对动弹性模量随龄期都呈现出先缓慢增长后加速减小的趋势,相对动弹性模量与抗压强度的变化趋势有着高度的相似性;水胶比越小混凝土密实性越好,硫酸根离子在混凝土内部的传输受到抑制,对混凝土的侵蚀性越小,井壁耐久性越好,水胶比为0.26的混凝土在整个侵蚀周期内抗硫酸盐侵蚀性能表现最佳;在水胶比不变的前提下,内掺防腐剂对提升混凝土抗硫酸盐侵蚀性能具有一定效果,而采用抗硫酸盐水泥的防腐措施在较高浓度硫酸盐侵蚀条件下适用性较差。本研究结果可为西北地区穿越高矿化度水地层深立井井壁混凝土配制提供参考。     

深冻结井壁高性能纤维膨胀混凝土优化设计

针对冻结井筒越建越深井壁漏水越来越严重的问题,基于正交试验设计原则得到了深冻结井壁高性能纤维膨胀混凝土的膨胀剂和聚丙烯纤维的最优掺量,同时确定了最优配合比,并对其相关性能进行实验研究。为解决深冻结井壁渗漏水问题提供技术支持。     

西部地区深基岩冻结井筒井壁结构设计与优化

针对西部地区深基岩冻结井筒支护结构设计中出现的技术难题,通过室内冻胀试验结果表明：西部地区岩石冻胀性弱,冻结压力小,外壁设计主要应满足厚壁圆筒结构对厚度的要求。根据渗流场理论分析表明：在不进行壁后围岩注浆情况下,如果井壁基本不渗水,井壁将承受全水压;如果井壁出现渗漏水,则井壁承受的水压将大大减小,水压力折减系数主要取决于围岩渗透系数与井壁混凝土渗透系数的比值关系。在进行壁后注浆条件下,注浆效果越好,围岩渗透性越小,在井壁渗透系数相同情况下,井壁承受的水压力将得到大大减小。并提出可采用内、外壁间提前注浆技术、对壁后围岩进行深孔注浆等井壁结构优化途径。     

煤矸石混凝土抗氯离子渗透实验研究

为了解煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能,以自燃煤矸石为粗、细集料,42.5普通硅酸盐水泥为胶凝材料并掺入粉煤灰,制备煤矸石混凝土试件,进行抗氯离子渗透实验,研究了水胶比、粉煤灰掺量以及抗压强度对煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明：非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子渗透深度随水胶比增加而加深,呈正相关,氯离子渗透深度增长速度在水胶比0.42~0.48时较快,在水胶比0.48~0.56时缓慢;氯离子迁移系数与水胶比呈正相关,与粉煤灰掺量呈负相关;氯离子迁移系数随抗压强度增大而减小,呈负相关,负相关显著性强弱表现为粉煤灰掺量0%<粉煤灰掺量20%<粉煤灰掺量40%。掺入粉煤灰可以改善煤矸石混凝土耐久性能。     

冻结井壁纤维混杂与微膨胀高性能混凝土配制与抗裂试验

为解决深厚表土层冻结井壁混凝土开裂渗漏水难题,提出采用纤维混杂与微膨胀高性能混凝土。以冻结井壁普通混凝土配合比为基础,采用正交试验法,考察了水胶比、膨胀剂掺量、聚乙烯醇纤维掺量及仿钢纤维掺量对纤维混杂与微膨胀高性能混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度的影响,综合平衡确定试验的最佳配合比为水:水泥:NF-F:膨胀剂:聚乙烯醇纤维:聚丙烯仿钢纤维:砂:玄武岩碎石=166.112:410:130:32.8:1.092:5:615.992:1095.096。抗裂试验结果表明,纤维混杂与膨胀剂复合混凝土具有优良的抗裂性能。