斜井冻结和解冻全过程温度场演化规律研究

针对斜井冻结中存在的井壁浇筑水化热释放、局部冻结方式等问题,采用数值模拟和现场实测方法对袁大滩煤矿副斜井冻结和解冻全过程温度场的发展演化规律进行了研究,对斜井支护方式、停止冻结时间和局部冻结结构形式进行了探讨。结果表明,局部冻结时在非冻结段采用小尺寸冻结管或聚氨酯发泡方式的局部冻结效果并不理想,建议将局部冻结管做成双层套管,两层冻结管之间设置保温层,以维持聚氨酯材料的保温性能、减少冻土体积、减少制冷量的额外消耗|井壁水泥水化热的释放会造成井壁内部温度较高和周围的冻土融化,建议在外层井壁和冻土之间设置木背板或泡沫板等隔热材料,防止井壁内外温差过大而产生温度裂缝|根据井壁强度增长情况,确定合理的停止冻结时机。     

斜井局部保温技术研究与应用

结合山西长治古城煤矿主斜井冻结工程实例,分析斜井冻结工程的特殊性,找到了顶部非冻结段及冻结管穿过开挖荒径以内部分局部冻结方法,成功地将井筒冻结冷量损失降低,节省近一半供液管,并对井筒掘进条件进行了改善,为今后类似斜井直孔施工的井筒冻结提供参考。     

斜井冻结和解冻全过程温度场演化规律研究

针对斜井冻结中存在的井壁浇筑水化热释放、局部冻结方式等问题，采用数值模拟和现场实测方法对袁大滩煤矿副斜井冻结和解冻全过程温度场的发展演化规律进行了研究，对斜井支护方式、停止冻结时间和局部冻结结构形式进行了探讨。结果表明，局部冻结时在非冻结段采用小尺寸冻结管或聚氨酯发泡方式的局部冻结效果并不理想，建议将局部冻结管做成双层套管，两层冻结管之间设置保温层，以维持聚氨酯材料的保温性能、减少冻土体积、减少制冷量的额外消耗|井壁水泥水化热的释放会造成井壁内部温度较高和周围的冻土融化，建议在外层井壁和冻土之间设置木背板或泡沫板等隔热材料，防止井壁内外温差过大而产生温度裂缝|根据井壁强度增长情况，确定合理的停止冻结时机。     

斜井冻结技术在里必矿井筒施工中的应用与探索

为了井筒安全、快速穿过松散层及基岩强风化带富水性强的区域,根据地表水文地质、地质探测结果,结合井筒断面、支护设计及国内斜井施工水平,以安全可靠、经济节约、冻掘配合、服务掘进为原则,分析了冻结施工的难点,提出了解决对策。采用冻结真空隔热管技术、斜井冻结衔接段处理技术、斜井竖孔冻结两帮冻结壁固定梁模型计算方法,科学制定冻结方案,并在施工中提出采用斜井掘砌断面等效冻结时间及调控技术、冻结步进式投入方法,外排孔沿井筒走向串联,中排孔横向串联运行,分段冻结,分步投入。探索优化冻掘配合,取得了降低冻结成本10%,提高掘进效率15%的良好效果,对类似斜井局部冻结施工有一定的借鉴意义。     

李家坝煤矿主斜井局部冻结施工

李家坝煤矿主斜井倾角20°,斜长1 440m,采用局部冻结方案施工,冻结起始位置距井口水平距离为250.41m,冻结斜长163.2m,冻结段水平长度153.4m,共分4段冻结。沿井筒长度方向布置了6排冻结孔,共455个,冻结孔施工质量均达到设计要求。冻结管采取了局部保温措施,减少了无效冻结段冷量损失,节约了冷量。冻结过程中,根据测温数据,对冻土扩展速度、冻结壁厚度及冻结壁平均温度等进行了分析计算,均满足设计要求。井筒开挖后,对井帮温度进行了实测。从开挖揭露的情况看,冻结效果良好,验证了冻结分析数据的准确性,保证了井筒冻结和掘砌施工安全。     

斜井冻结施工技术管理

技术管理是斜井冻结施工项目管理的重要工作之一。根据斜井冻结施工特点,从施工组织设计编制、冻结站安装与运行、冻结孔施工及开挖掘进等方面,探讨了斜井冻结施工技术管理要点,提出了超前管控保质量的管理理念。     

李家坝煤矿斜井局部冻结技术

针对李家坝煤矿斜井过流砂层工程特点和安全快速掘砌施工需要,提出并采用了分区、分期局部冻结方案。为最大程度节能,采用聚氨酯保温。工程实践表明,该矿斜井过流砂层局部冻结方案,技术可行、安全可靠、经济合理,为地质条件类似的斜井冻结施工提供了有益参考。     

斜井冻结关键技术应用研究

阐述了斜井冻结施工中冻结范围确定原则、局部冻结实现方式,率先提出斜井冻结步进式投入法并成功运用,解决了冻掘配合难题,应用冻结孔作为注浆孔进行充填注浆,取得了良好的效果,为斜井冻结工程提供了有价值的参考。     

关于斜井冻结施工标准的几点思考

斜井冻结技术复杂。斜井冻结国家标准和行业标准的初次颁布实施,为国内斜井冻结施工提供了技术支持。不考虑已颁布实施的两标准上下层级效力问题,仅从技术和现场施工层面,针对竖直孔斜井冻结相关技术标准及施工工艺进行讨论,对比分析了国家标准与能源行业标准的优缺点;并结合工程实际,提出了相应的建议,可供斜井冻结设计和施工时参考。     

发泡材料隔热条件下单管局部冻结温度场研究

局部保温冻结技术可解决冻结法在深井开拓工程中遇到的诸多技术问题,并可节约大量冷量。为获得保温材料特性对冻结温度场的影响规律,以外加套管的单管局部保温冻结温度场为研究对象,首先,将相似理论与理论分析相结合,导出了单管局部保温冻结温度场的无量纲数学模型及相应的准则表达式;其次,以无量纲准则作为影响因素,结合数值计算和模拟试验,研究了冻结管采用发泡材料保温条件下的单管局部冻结问题。分析获得了冻结管热流密度与保温材料的比热容、导热系数、保温层外半径等无量纲因素间的关系,提出局部保温冻结工程中保温材料导热系数最佳选用范围应不大于0.035(无量纲),保温层外半径宜为1.4~1.6(无量纲)之间。研究结果具有广泛的适用性,为局部保温技术的设计和应用提供了理论基础和便利条件。     

局部保温条件下单管冻结温度场的数值计算

为了获取局部保温条件下单管冻结温度场的发展规律,采用 ANSYS 有限元软件对局部保温条件下的单管冻结温度场进行数值计算.结果表明:局部保温条件下单管冻结时,保温层厚度选用5 cm较合理;在选用5 cm的保温层厚度进行单管局部冻结时,保温段与冻结段交界区域的温度梯度较大,该交界区域的范围主要为保温段下部3 m左右及冻结段上部1 m左右.在采用局部冻结技术的工程设计施工中,要根据实际情况合理布置保温层的厚度及范围.     

大南湖煤矿副斜井冻结温度场分析

以大南湖煤矿副斜井冻结施工为工程背景,建立多排管斜井冻结模型,运用ANSYS软件对双排、三排的冻结管温度场进行数值模拟。研究结果表明:采用三排管冻结,最外排管先交圈;交圈时间比双排管要早,冻结降温效率比双排管高;在不考虑其他因素的情况下可以较快地进入开工期,使煤矿尽快投产。     

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。     

斜井冻结施工技术

总结榆树林子矿主斜井和王洼矿主、风斜井冻结工程的冻结设计参数和冻结施工技术的经验。     

袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工技术研究

以袁大滩矿主斜井冻结法凿井施工为工程背景,研究冻结施工、凿井施工技术及安全措施。冻结施工采用分段冻结、异径管局部冻结工艺,利用多姆克公式计算冻结壁厚度,分析确定不同冻结段冻结壁的厚度。井筒掘砌施工采用掘进、浇筑外层井壁循环作业,循环段长为6 m,内层井壁与掘进、外层井壁施工前后平行作业。为防止施工过程中出现溃水、火灾等事故,在井壁接茬处埋设橡胶止水带,错开内、外层井壁混凝土接茬位置,合理布置切割冻结管设备。     

大断面斜井冻结施工多排管冻结温度场模拟研究

 本文以霍州煤电庞庞塔矿主斜井冻结施工为工程背景,采用ANSYS有限元分析软件和正交试验设计方法,对深厚富水表土层大断面斜井分段直孔冻结关键参数进行数值模拟,研究大断面斜井冻结施工多排管冻结温度场分布规律,探索并建立一套适用于大断面斜井穿过厚表土层富水段的竖直冻结技术。     

富水冲积层斜井冻结施工方案及优化设计

为确保袁大滩煤矿副斜井顺利穿过富水细砂冲积层,分析研究了冻结施工初始方案,对冻结壁的地层压力和厚度做了计算,分析了冻结壁平均温度取值,结合现场面临的实际施工问题,提出冻结施工方案优化设计:斜井冻结壁顶板、两帮和底板的最大厚度分别取6.0、3.4和4.0 m,冻结壁设计平均温度取-10℃,斜井冻结段斜长由611.055 m增加至681 m,冻结段由15段增加至18段。冻结施工方案优化设计取得预期效果。     

斜井冻结壁受力与变形规律研究

采用冻结法凿井的立井井筒在我国已达1100多个,工程数量多,取得的实践经验相对丰富。而采用冻结法施工的斜井井筒只有30多个,工程实例少,施工经验匮乏,对斜井冻结的技术研究就更少。近年来因斜井开拓具有装备简单,运输能力大等优势,在我国西部地区得到广泛应用,因地质条件所限,采用冻结法施工斜井井筒越来越多,工程施工迫切要求对斜井冻结基础理论进行研究与探讨,文章以庞庞塔斜井冻结工程为模型,就不同深度(地压)、不同冻结壁厚度、不同强度的冻结壁与井壁的变形关系进行数值计算研究,探寻各变量之间的相互关系及影响大小,为斜井冻结设计与施工提供指导。该基础研究对斜井冻结多方案对比、优化设计、节能降耗具有重要的参考价值。     

富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律研究

为了研究富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律，以袁大滩煤矿主斜井为研究背景，从理论分析、现场实测和数值模拟三方面研究了富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律。给出了单根冻结管条件下斜井冻结壁温度场分布数学模型，并根据场的叠加原理给出了多根冻结管下斜井冻结壁温度场分布数学模型|斜井冻结壁现场实测结果表明：距离冻结管越近，冻结壁降温速度越快，冻结锋面发展速度也越快，且埋深对冻结壁温度场的发展有一定影响，但影响较弱|对比斜井冻结壁温度场数值模拟结果和现场实测结果可知，冻结过程中斜井冻结壁温度变化趋势基本一致，各测点温度差值小于2℃，说明文章提出的斜井冻结壁温度场数值模拟分析是可靠有效的，能较好地反映冻结冻结壁随冻结时间发展的一般规律。     

深厚砂层斜井井筒沉降变形与监测技术分析

近年来我国西部冲积层地区开始有大量矿井采用斜井井筒冻结法施工并运营,由于冻结作用和运营期间水位下降等原因,均产生一定的井筒沉降变形,导致大长度斜井因不均匀沉降而造成井壁破裂的现象时有发生。针对此问题,本文以在深厚砂层中采取冻结法施工的榆林袁大滩副斜井为例,对斜井冻结法施工和运营过程中产生的沉降展开分析,通过对常用监测手段进行分析比选,进行监测方案设计。研究成果对于了解冻结施工的斜井沉降变形机理、设计沉降监测方案具有重要意义。