白垩系地层立井冻结壁与井壁共同作用分析

论文摘要

随着国家西部大开发战略的进一步实施,西部主要产煤地区掀起了一轮新的建井高潮。但西部地区矿井井筒主要穿越的是白垩系地层,第四系表土层一般不超过30m。至今为止,由于对白垩系地层的认识不足和缺乏施工经验,在相继施工的几个矿井中,井筒在冻结法施工中发生了淹井事故,给井筒安全及矿井建设造成重大影响。在白垩系地层采用冻结法凿井中,目前面临着诸多新的认识和需要解决的技术问题。本文以内蒙泊江海子矿为研究背景,以白垩系地层冻结工法凿井中的“两壁”问题为主线,通过理论分析、现场实测和数值模拟对冻结壁和井壁相互作用的温度场、应力场进行了探索性研究。通过研究,获得了各个阶段冻结壁和井壁的温度场变化情况及其相互作用规律、井筒冻结外层井壁受力特征及其沿深度的分布规律和白垩系地层冻结压力随深度变化关系的线性方程：P=0.00138H+1.0065MPa （P为冻结压力,H为地层深度,m）课题的研究探索了我国西部白垩系地层冻结井筒外层井壁荷载取值,并成功的应用到泊江海子矿白垩系地层井壁的优化设计中。在实测中,获得了爆破作用在井壁外边缘的荷载大小和井筒爆破作业的工作面安全距离等参数。图57表24参57

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容、方法与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 方法及技术路线
• 2 课题研究基础
• 2.1 引言
• 2.2 井壁设计计算方法
• 2.2.1 井壁厚度计算公式
• 2.2.2 井壁截面应力计算公式
• 2.2.3 井壁极限承载力计算公式
• 2.3 冻结壁与外层井壁共同作用力学分析和计算
• 2.3.1 冻结壁与外壁共同作用力学模型
• 2.3.2 冻结壁外围土体的弹性分析
• 2.3.3 冻结壁的粘弹性分析
• 2.3.4 井壁的弹性分析
• 3 工程实测
• 3.1 工程概况
• 3.2 白垩系地层冻结岩土物理力学性能
• 3.2.1 冻结岩土物理力学性能结果
• 3.2.2 白垩系与第三系、第四系地层特性比较
• 3.3 监测方案
• 3.3.1 监测内容
• 3.3.2 监测水平及元件布置
• 3.3.3 监测数据采集
• 3.4 监测结果分析
• 3.4.1 冻结壁、外层井壁温度分析
• 3.4.2 冻结压力监测分析
• 3.4.3 外壁钢筋应力监测分析
• 3.5 工作面爆破对外层井壁的影响分析
• 3.5.1 爆破作用在井壁上的径向瞬时荷载分布
• 3.5.2 爆破作用在井壁垂深方向的影响深度
• 3.6 小结
• 4 白垩系地层冻结壁和井壁共同作用数值分析
• 4.1 多物理场冻结模型建立
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 冻结分析数学模型
• 4.1.3 混凝土水化过程分析数学模型
• 4.2 冻结壁、井壁相互作用数值模拟结果分析
• 4.2.1 温度场模型建立
• 4.2.2 温度场数值模拟结果
• 4.2.3 冻结壁和井壁相互作用的温度场特征
• 4.2.4 冻结壁和井壁相互作用的应力场特征
• 4.3 主要结论
• 4.4 模拟结果与现场实测比较分析
• 5 结论与展望
• 5.1 主要研究成果
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果