水位下降誘發(fā)深厚表土井壁的附加應(yīng)力研究

祁東礦主副井筒施工時(shí)新遇到的松散沖擊地層厚度目前在國(guó)內(nèi)是最厚的。針對(duì)這一技術(shù)難題,介紹了祁東礦建井方法的選擇、厚表土井筒施工工藝與井壁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。可供相關(guān)技術(shù)人員參考。

在深厚覆蓋層中的超深豎井設(shè)計(jì)和施工中,覆蓋壓力的計(jì)算和評(píng)估是一大難題。為此,結(jié)合某深厚覆蓋層超深豎井工程,借助離心機(jī)試驗(yàn)對(duì)豎井井壁進(jìn)行模擬,并通過(guò)與井壁覆蓋壓力實(shí)測(cè)值的對(duì)比,討論了覆蓋壓力隨深度的變化規(guī)律,為超深豎井井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了必要的理論支持。

針對(duì)500～700m深表土中凍結(jié)井筒的支護(hù)難題,提出合理的技術(shù)途徑,即采用現(xiàn)澆高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu).通過(guò)模型試驗(yàn),對(duì)這種井壁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特性和強(qiáng)度特征進(jìn)行了深入研究,結(jié)果表明:高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁具有很高的承載力,且增大鋼筋含量對(duì)井壁承載力影響很小,但提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)可顯著地提高井壁的承載力.并根據(jù)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出了這種井壁承載力的計(jì)算公式,從而為該種高強(qiáng)井壁結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)依據(jù).

以實(shí)際礦井為研究背景,采用大型商業(yè)軟件flac3d模擬了凍結(jié)管腐蝕對(duì)井壁附加力的影響,模擬結(jié)果顯示,凍結(jié)管腐蝕所引起的附加力在底部含水層下部達(dá)到最大,在一定時(shí)間段內(nèi),該值隨時(shí)間呈近似線(xiàn)性增加的關(guān)系.通過(guò)該值與底部含水層疏排水引起的豎直附加力的對(duì)比分析,凍結(jié)管腐蝕給井壁所帶來(lái)的附加力不能忽視,底部含水層長(zhǎng)期疏排水和凍結(jié)管腐蝕對(duì)井壁破裂均產(chǎn)生影響.

本文的主要目的是研究深立井混凝土井壁的溫度應(yīng)力及溫度應(yīng)力對(duì)井壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要影響。本文的研究從物理學(xué)中的熱脹性原理及熱傳遞理論入手,全面考慮了固體力學(xué)中的熱彈性理論,平面應(yīng)變問(wèn)題的求解方法,推論出了求解溫度應(yīng)力的正確的解析公式。所得結(jié)果不僅可用于煤礦立井井壁穩(wěn)定性分析,對(duì)深立井井壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)同時(shí)具有重要的參考價(jià)值。

深立井基巖段井壁地壓應(yīng)力研究——揭示深立井及超深立井基巖段井壁地壓應(yīng)力的理論分析方法，為基巖段立井井壁的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。首先將立井基巖段井筒及圍巖均按照軸對(duì)稱(chēng)受力狀況建立力學(xué)模型，依據(jù)井筒開(kāi)挖前后圍巖受力狀態(tài)的分析，通過(guò)圍巖內(nèi)表面與井筒外壁...

凍結(jié)井筒混凝土井壁防水機(jī)理的研究

在調(diào)查凍結(jié)井筒井壁結(jié)構(gòu)及防治水效果的基礎(chǔ)上,研究?jī)鼋Y(jié)井筒混凝土井壁防水機(jī)理,提出了采用防裂密實(shí)混凝土等綜合防水措施,為凍結(jié)井筒混凝土井壁防治水技術(shù)開(kāi)辟了一條新路。

圍土注漿緩釋和抑制井壁附加力效應(yīng)及應(yīng)用——闡述了預(yù)防與治理厚表土層立井井壁破裂的圍土層注漿加固方法的機(jī)理，將圍土層注漿“緩釋”和“抑制”井壁豎直附加力的原理應(yīng)用到某一礦井工程治理中并取得成功。通過(guò)埋設(shè)于井壁中的混凝土應(yīng)變傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，井...

煤礦立井由于各種原因經(jīng)常發(fā)生井壁滲漏水,嚴(yán)重影響正常的煤礦安全生產(chǎn)。邱集煤礦副立井表土層厚320m,為巨厚表土層,發(fā)生滲水后,采用改性脲醛樹(shù)脂漿材成功進(jìn)行了破壁注漿處理,將井筒的涌水量由10m3/h降至0.3m3/h左右。同時(shí),注漿時(shí)漿液形成的帷幕能達(dá)到加固地層,減少地層壓縮沉降量,排除生產(chǎn)安全隱患,保護(hù)井桶的作用。

為分析豎向附加力和季節(jié)性溫度應(yīng)力對(duì)井壁應(yīng)變和應(yīng)力發(fā)展規(guī)律的影響,并對(duì)井壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化,利用有限元軟件abaqus建立了某雙層立井井壁在自重、水平地壓、豎向附加力和季節(jié)性溫度應(yīng)力共同作用下空間受力模型.通過(guò)相似理論分析可確定在既定井壁溫度場(chǎng)條件下,井筒內(nèi)、外壁受力狀態(tài)主要受3個(gè)可變因素(外壁與內(nèi)壁的厚度比do和di彈模比eo/et以及內(nèi)、外壁之間摩擦系數(shù)μ)的影響.通過(guò)l9(34)正交數(shù)值試驗(yàn),獲得了以上3個(gè)因素對(duì)井筒內(nèi)、外壁受力大小的影響程度.根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果可知,選擇合適的內(nèi)、外壁摩擦系數(shù)并提高外壁與內(nèi)壁厚度比可改善雙層井壁的整體受力狀態(tài).

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果,對(duì)內(nèi)蒙古東勝地區(qū)凍結(jié)法鑿井混凝土井壁水化熱對(duì)凍結(jié)壁的影響規(guī)律進(jìn)行分析和探討。內(nèi)壁澆筑水化熱對(duì)凍結(jié)壁的影響不可忽略,其影響使得井幫處正溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),及侏羅系地層受其影響的凍結(jié)壁融化深度比白堊系地層要大200mm左右等結(jié)論。對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)凍結(jié)工法設(shè)計(jì)與施工具有重要意義。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算,對(duì)在均勻荷載作用下高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁的力學(xué)特性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁具有很高的承載力,影響其承載力的主要因素依次為混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、厚徑比和配筋率;在均勻外荷載作用下,混凝土強(qiáng)度提高10mpa,井壁的極限承載力提高4mpa左右,配筋率對(duì)井壁的極限承載力影響很小;高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)破裂時(shí),環(huán)向鋼筋沿破壞面發(fā)生塑性彎曲,混凝土破壞面與最大主應(yīng)力方向的夾角為25°～30°,屬壓剪破壞。理論分析時(shí),采用線(xiàn)性軟化本構(gòu)模型以及符合混凝土強(qiáng)度特性的mohr-coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則,推導(dǎo)出高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁極限承載力的理論計(jì)算公式,并且其計(jì)算結(jié)果得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

針對(duì)600～800m巨厚沖積層中煤礦立井井筒的支護(hù)問(wèn)題,提出了采用鋼骨鋼纖維高強(qiáng)混凝土井壁結(jié)構(gòu)型式.為了研究該種井壁結(jié)構(gòu)的水平極限承載特性,根據(jù)相似理論,采用物理模擬試驗(yàn)的方法,開(kāi)展了2個(gè)模型井壁的破壞性試驗(yàn),研究了該種井壁結(jié)構(gòu)的水平極限承載特性和變形破壞特征.試驗(yàn)研究表明:在豎向荷載(井壁自重應(yīng)力)加載階段,鋼骨和混凝土能夠協(xié)同變形;水平荷載加載階段,鋼骨應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變后,鋼骨表現(xiàn)出一定的塑性流動(dòng)變形能力;井壁破壞時(shí),鋼骨和混凝土的切向應(yīng)變值可達(dá)-3500×10-6(壓);利用厚壁圓筒的彈性、塑性極限承載力估算井壁的水平極限承載力上、下限值,試驗(yàn)值更接近塑性極限承載力;由于鋼骨和鋼纖維的加入使得高強(qiáng)混凝土的脆性得到改善,鋼骨鋼纖維高強(qiáng)混凝土井壁具有更好的塑性變形能力和延性,是深厚表土層中一種可行的井壁結(jié)構(gòu)型式.

為能更全面評(píng)價(jià)鋼板混凝土井壁的受力性能,在模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用ansys有限元軟件對(duì)其受力性能進(jìn)行模擬分析。討論了構(gòu)件的承載力、變形和應(yīng)力分布,證明了鋼板混凝土井壁是一種承載力高,造價(jià)較低,規(guī)格多樣,可適合各種地質(zhì)條件的新型井壁。

鶴煤公司在富水表土段立井井筒施工中,成功地應(yīng)用降低水位法,使井筒安全順利地通過(guò)了含水層,縮短了工期,節(jié)省了投資,為地質(zhì)條件類(lèi)似的井筒施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

鋼纖維混凝土井壁結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究

基于石集立井實(shí)測(cè)水平地壓力,對(duì)比分析了當(dāng)前常見(jiàn)的幾種水平地壓力計(jì)算理論的準(zhǔn)確性與適用性。分析表明,我國(guó)立井井筒設(shè)計(jì)規(guī)范建議的計(jì)算水平地壓力的重液公式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值誤差很大,其計(jì)算均值是實(shí)測(cè)均值的100倍以上。以淺部土力學(xué)思路建立的水平地壓力具有隨著深度的增加而增大的特征。而深厚表土中的水平地壓力分布規(guī)律可能與此不同,其壓力值最終趨于穩(wěn)定,不會(huì)無(wú)限制的增大。由于固結(jié)時(shí)間、應(yīng)力水平、應(yīng)力路徑的不同,深厚表土層的物理力學(xué)性質(zhì)與淺部土體具有顯著差異。建議深入開(kāi)展深土力學(xué)研究,基于更多的測(cè)試與研究工作來(lái)確定深厚表土中水平地壓力的大小與分布規(guī)律。

井壁混凝土結(jié)構(gòu)在地下復(fù)雜環(huán)境中易受復(fù)合鹽害侵蝕。為了研究混凝土受鹽害溶液侵蝕后的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的變化規(guī)律,設(shè)計(jì)制作了c70標(biāo)號(hào)的高強(qiáng)混凝土試塊,配置了3種不同濃度的復(fù)合鹽害溶液,測(cè)定試塊經(jīng)過(guò)多次復(fù)合鹽害溶液浸泡后的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明:高強(qiáng)井壁混凝土在清水和復(fù)合鹽害溶液浸泡后,抗壓強(qiáng)度和和抗折強(qiáng)度的變化趨勢(shì)不一樣。在清水環(huán)境中,兩者基本都是上升的趨勢(shì),抗壓強(qiáng)度在初期其強(qiáng)度上升比較快,到后期逐漸趨于穩(wěn)定,抗折強(qiáng)度在第6個(gè)月到第7個(gè)月之間有突變。在復(fù)合鹽害溶液中,抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度整體上符合先增大后減小的變化趨勢(shì)。腐蝕溶液濃度越大,后期下降的趨勢(shì)越快?？拐蹚?qiáng)度的變化規(guī)律比抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律復(fù)雜。

文章首先簡(jiǎn)明扼要的概括了凍結(jié)施工所應(yīng)用的原理，以及深厚表土立井凍結(jié)的施工現(xiàn)狀，然后又通過(guò)理論和實(shí)際相結(jié)合的方式，對(duì)深厚表土立井凍結(jié)施工技術(shù)的應(yīng)用流程進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的分析，供各施工單位及有關(guān)人員參考。

在立井施工過(guò)程中,井壁破裂是較為常見(jiàn)的事故之一,而隨著立井的深度逐漸加大,這個(gè)問(wèn)題也會(huì)更為頻繁地出現(xiàn),不管是給工程經(jīng)濟(jì)效益還是施工人員的人身安全都帶來(lái)了不小的隱患。本文從井壁破裂的產(chǎn)生機(jī)理入手,提出了注漿加固地層的治理方法。

該文分析了凍結(jié)鉆孔孔凍結(jié)管滲漏原因和該孔凍結(jié)管內(nèi)套小管進(jìn)行供冷對(duì)凍結(jié)壁形成的厚度、強(qiáng)度、凍結(jié)鑿井施工的影響