大流速渗透地层立井冻结方案优化及影响因素分析

为了解决冻结壁在大流速地下水作用下交圈时间增加甚至无法交圈的工程问题,提出"注浆+加强冻结"的优化方案。基于自主构建的水热耦合数学模型,运用COMSOL数值计算软件对不同注浆区域布置角度(20°、30°、40°、50°、60°)、不同加强冻结管布置角度(5°、10°、15°、20°)的优化效果进行预测分析。研究成果可以指导大流速渗透地层富水矿井施工。     

特厚表土层钻井井壁底的数值计算与试验研究

依据山东万福矿井的地质条件,采用Ansys软件进行削球式井壁底模型计算,提出了最佳圆心角的概念,得出了最佳受力形式削球式井壁底结构.通过模型试验,揭示了井壁底的破坏形式和极限承载力,为今后特厚表土层钻井井壁底的应用提供理论与试验基础.     

深厚冲积层冻结法凿井工程设计及其应用

针对丁集矿井深厚冲积层的特点,提出了采用三圈孔差异冻结的冻结方式,给出了深厚冲积层中采用冻结法凿井的冻结壁厚度、盐水温度、井帮温度、冻结孔圈径和开孔间距等关键因素的设计参数;通过信息化施工监测,得到了冻结壁的形成速度、温度场分布和冻结壁的变形实测数据;这些数据可为深厚冲积层冻结法凿井工程的设计提供参考依据.     

我国西部地区孔隙型含水基岩段立井单层井壁外荷载研究

针对我国西部地区白垩–侏罗纪含水基岩段立井井筒设计外荷载取值问题,基于广义有效应力原理与渗流理论,构建围岩与井壁共同作用下的井壁外荷载分析模型,得出井壁外荷载解析解,提出贴壁式和离壁式井壁受力条件,探讨井壁外荷载形成机制。最后,结合西部深埋含水煤系地层特性,讨论井壁外荷载、水压折减系数等取值区间。研究结果表明:(1)井壁外侧水压折减系数β和围岩与井壁渗透率比值/r cK K密切相关,且成正比关系,多数情况下β为0.5～0.9;(2)贴壁状态下,井壁外荷载折减系数ω的变化范围为0.496～0.963;离壁状态下,ω的取值范围为0.5～1.0;(3)单层井壁仅适用于弱富水性白垩—侏罗纪深埋煤系地层,对于富水性较好的地层,宜采用双层钢筋混凝土井壁结构。     

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。     

基于大数据挖掘的深土井壁极限承载力模糊随机模型

为有效抵御地下结构工程中复杂多变的外荷载,提升深土井筒支护的安全可靠性,运用两淮矿区深厚冲积层井壁为原型,按相似性原理浇筑钢筋混凝土井壁模型,进行了大量钢筋混凝土井壁模型的极限承载力试验,结果发现影响井壁极限承载力的主要因素有混凝土抗压强度、厚径比和配筋率。其中,混凝土抗压强度对井壁承载力影响较为明显,配筋率影响较弱,但各影响因素在深厚冲积层实际工程中又伴随着不同程度的不确定性。针对深厚冲积层井筒施工过程中极限承载力及其影响因素的模糊随机性,以大量井壁试验和两淮矿区的钢筋混凝土井筒工程参数作为大数据样本集,分析结构材料、几何参数和计算模式的不确定分布情况,得到混凝土抗压强度、厚径比和配筋率的模糊随机分布规律。采用最大期望算法(EM)优化传统的大数据HMM挖掘模型,分别经过E步骤计算极大似然估计值和M步骤计算参数期望估计,改进后模型经过两次模糊随机过程,相比原算法具有误差小、效率高和收敛快等优点,更能满足实际地下工程中的不确定特性。基于改进后的大数据挖掘HMM算法,综合大数据环境下的材料性能、几何参数和计算模式的模糊随机分布,建立大数据挖掘井壁极限承载力模糊随机模型,实例证明该模型更加可靠合理,更具有工程实用价值。     

丁集矿冻结井可缩性接头位置优化

针对丁集煤矿冻结井壁可缩性接头位置 ,进行 ANSYS数值模拟计算。研究结果表明 ,在优化后的位置采用双可缩性接头可以极大地改善内层井壁的受力状况。     

GRF薄壁空心管混凝土梁构件的力学性能实验研究

通过对GRF薄壁空心管混凝土梁构件的实验研究和理论分析表明,在弹性阶段,外荷载和GRF薄壁空心管混凝土梁构件的各个部位的应变关系与弹性理论计算结果基本一致,由此可见,设计计算时采用弹性理论计算公式是合理的,梁构件的弹性极限荷载为其极限承载力的25%左右;在反复外荷载的作用下,其极限承载力可增加16%左右;当外荷载接近其极限承载力时,斜裂缝向上延伸到集中荷载作用点位置,向下延伸到纵向钢筋,并沿着纵向钢筋向支座发展,产生撕裂裂缝,直至破坏.这些可为现浇钢筋混凝土GRF薄壁空心楼板的设计计算提供参考.