工业广场保护煤柱开采井筒破损致因及防治技术

针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内92606工作面邻近副井,开采引发的井筒竖向附加力是井筒破坏的致因;如不提前采取防治措施,后续92606外工作面开采,将导致副井井筒发生二次破坏;研究提出的不停产单卸压槽防治方案,具有不影响矿井生产、卸压率高、施工简单、成本低等优点。采用壁后注浆、开切卸压槽、架设密集井圈等技术,顺利完成了该矿不停产防治副井井筒破损工程。监测表明,该井筒竖向和环向应力,均小于井壁极限.承载力,处于安全状态,运行良好,达到了预期效果。

蒙陕矿区内钢板-钢筋混凝土钻井井壁非均匀受力特性研究

以蒙陕矿区某煤矿风井为工程背景,利用双向不等压模型推导出水平地应力下井壁的受力形式,并得出了非均匀系数k的计算公式,确定了蒙陕矿区地层的不均匀系数范围为0.06~0.20,研判了钻井井壁全深受力关键横断面的受力破坏特征。根据有限元软件ANSYS模拟非均匀荷载条件下的井壁受力规律,井壁混凝土外缘环向应力为控制应力,井壁应力呈现非均匀分布,90°位置的不均匀程度大于0°位置,外荷载较小的90°位置受拉,而外荷载较大的0°位置受压。通过对井壁压力试验台对内钢板-钢筋混凝土进行非均匀加载试验分析,非均匀荷载对钻井井壁受力影响极为明显,在k=0.15时模型的峰值应力仅为均匀荷载条件下的23.1%~33.3%;在k=0.20时模型的峰值应力为均匀荷载条件下的20%左右,且破坏形式为混凝土先受拉破坏,随后钢筋和钢板屈服。研究结果表明,内钢板-钢筋混凝土钻井井壁对非均匀荷载较为敏感,在蒙陕矿区使用钻井法应该考虑非均匀系数的影响,且需要在井壁设计阶段重点关注井壁外荷载较小位置的受力。

仿钢纤维对混凝土耐腐蚀性的影响

C60混凝土常作为立井井壁建设的关键性材料,易受复杂多变的外荷载与部分地层中含有的硫酸盐侵蚀耦合作用,致使井壁的混凝土材料发生损伤、开裂,产生安全隐患。以C60混凝土为研究对象开展单轴压缩试验,测试不同干湿循环次数下不同仿钢纤维掺量的混凝土试件岩石力学行为,标定PFC^(2D)细观力学参数。通过建立混凝土峰值强度预测模型,进一步研究仿钢纤维掺量对混凝土使用寿命的影响,发现使用Clump命令模拟粗骨料,线性平行粘结模型模拟的单轴压缩试验,其峰值应力与轴向应变率符合室内试验力学规律,具有可靠的参考价值;仿钢纤维掺量为1.0%时,试件峰值应力应变波动最小,抗压强度耐蚀系数下降最平缓。GM(1,1)峰值强度预测模型结果表明,1.0%仿钢纤维掺量混凝土寿命明显优于其他组别,与数值模拟结果相符。研究结果可为评价防腐蚀混凝土涉及的岩石工程质量提供理论参考。

立井冻结黏土爆破对井壁的振动影响研究

立井采用冻结法施工时,冻结黏土爆破产生的振动易引起井壁破裂,从而造成安全事故。以赵固二矿立井冻结黏土爆破掘进工程为背景,运用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件建立模型,研究不同掏槽药量、地应力条件、中空孔数量工况下爆破振动对井壁产生的影响。结果表明:井壁测点振速与掏槽药量成正比,掏槽药量从16 kg增加至64k g,振速从9.53 cm/s增加至35 cm/s,增大了3.67倍;中空孔可减弱爆破冲击荷载对井壁的振动影响,且井壁振动速度与中空孔半径成反比;地应力在1~3 MPa变化时,井壁振动速度与地应力成正比。现场爆破方案数值模拟得出:采用1,3,4,5段电雷管毫秒延时爆破时,冻结黏土爆破产生的应力波主要沿井壁竖向传递;4段辅助孔爆破对井壁的振动影响最大,约为5段周边孔爆破的3.5倍,在距离掘进面13.3 m处,4段辅助孔产生的拉应力最大为0.425 MPa,不会对井壁混凝土结构产生破坏。分析方法和研究结果可为同类型条件深大立井冻结黏土爆破施工提供参考。

Numerical Analysis of the Structure of High-Strength Double-Layer Steel Plate Concrete Shaft by Drilling Method of Water-Bearing Weak Rock Formation

In order to ensure the safety of coal mine shaft construction, a double-layer steel plate concrete composite shaft wall structure was proposed. However, fewer studies were conducted on this structure, which made engineers too confused to fully recognize its feasibility of this structure. Hence, based on the previous experimental research on the Taohutu mine construction project in Ordos in Inner Mongolia, this research paper aims to provide a widely deep numerical analysis by the usage of the finite element software, in fact, to establish the corresponding numerical analysis model and make a comparison with the experimental data to get the rationality of the verified model. The influence of the composite characteristics of the steel plate and concrete on the ultimate bearing capacity and stress field of the shaft wall structure is studied here through the method of multi-factor analysis. Also, the optimal design scheme of the double-layer steel plate and concrete composite shaft wall structure is proposed in this research paper.

卸压槽法在修复煤矿破损井壁中的应用

卸压槽法修复破损井壁对保障煤矿的安全、持续生产具有重要意义。以临涣煤矿东风井修复实例,根据实际地层参数计算分析井筒与地层相互作用,获得等效含水层收缩量,在此基础上,利用FLAC^(3D)有限差分软件建立模型,分析不设卸压槽疏水及在-237 m设卸压槽疏水的2种工况条件下的井壁受力及位移情况。结果表明,在-227 m处设置卸压槽后,竖向应力变为渐进连续分布,井筒整体承载能力提升;卸压槽对疏水沉降层中的井壁有显著的卸荷作用,改善三隔下部井壁应力的集中现象;卸压槽的存在使得井筒自身可发生垂直收缩,其与岩土层共同作用的整体沉降量增加。

基于ZYNQ的煤矿井壁应变测试系统设计

煤矿井壁变形过大存在较大的安全隐患,容易导致煤矿坍塌,影响煤矿开采的正常进行。传统的井壁变形监测方法依靠人工完成,无法实现全面监控。针对以上现状,设计了一种基于ZYNQ的煤矿井壁应变测试系统,系统设计有8个通道的数据采集节点,通过主控模块、微弱应变信号调理采集模块、电源健康管理模块、Flash存储模块、预警模块以及USB3.0通信模块建立了一整套井壁变形监测预警系统。实际应用表明,该系统稳定可靠,数据传输速度达到120 Mb/s以上,有助于井上数据监测中心人员对井壁进行提前加固处理,对于预防煤矿坍塌有较大意义。

井塔工程钢框架木胶板模板施工技术探讨

目前,井塔模式的提升系统工程被越来越多煤矿采纳,井塔工程作为提升系统安装的主要先前部分,井塔施工的工期及质量要求优为重要,采用什么模式的施工工艺才能更好更快的完成井塔工程交付给安装施工,是每个项目考虑的重重之重。

井筒冻结壁强制解冻技术的研究与实践

针对冻结法凿井后冻结壁面临快速解冻的需求,将强制解冻理论与思想应用到井筒冻结壁快速解冻问题上。以冻结法凿井后的井筒冻结壁为研究对象,分析了井筒冻结壁强制解冻的特点及关键技术,创造性地提出了利用采暖锅炉产生高温热水并与盐水进行热交换,采用"二级循环"模式进行井筒冻结壁快速解冻的方法,对强制解冻参数进行了计算并设计了相应的强制解冻系统。强制解冻监测数据表明,强制解冻系统稳定可靠,且方法因地制宜,经济合理,强制解冻参数计算简便,基本能满足工程需要。

EPS材料减荷效应及工程应用评述

EPS是由苯乙烯在分散剂作用下悬浮于水中,经引发剂引发聚合,再加液体发泡剂浸渍而成的泡沫材料。EPS泡沫具有轻质、压缩性高、稳定性好、耐久性长、吸湿性低、隔热保温效果好等优点,是一种理想的降低土压力缓冲材料,在矿业、公路、建筑等工程中已得到实践验证,在广泛收集、认真查阅前人研究成果的基础上,总结了EPS材料的密度、耐久性、热稳定性、热传导性等物理力学特性,重点阐述了矿井井筒、填土涵洞、挡土结构三种不同类型结构中使用EPS作为减荷材料的应用效果,并从能量学、土拱效应、土压力理论等角度诠释了EPS材料的减荷机理。针对矿井井筒中的EPS减荷材料,提出高应力状态下EPS材料的变形特性、复杂环境中EPS材料的热力性能、岩土-EPS-井壁相互作用以及EPS材料减荷效应的试验验证是今后研究的主要发展方向。

钻井中煤体结构特征与井壁稳定性分析研究

为了研究煤体结构特征对煤层井壁稳定性的影响,基于GSI对煤体结构进行了量化,结合现场测井资料,通过主成分回归分析,建立了煤体结构空间展布的多元回归模型。根据Hoek-Brown强度理论,提出基于煤体结构GSI定量表征的煤层井壁稳定性空间评价新方法。以沁水盆地柿庄南区块钻井为例,计算了煤层井壁坍塌压力,结果表明:利用该方法获取的井壁坍塌压力与井径曲线的吻合度达75%,评价结果可靠;煤体结构越破碎,井壁坍塌压力越大,井壁稳定性越差;优势煤体结构是单井井壁稳定性的主控因素。

考虑温度应力影响的立井井壁强度设计方法

基于大量破裂井筒工程实例,对立井设计规范方法进行验证,发现规范计算方法的判断结果与实际情况相差较大。分析表明,现行立井设计规范尚未考虑温度应力的影响,而温度差会对立井体内的应力与应变产生影响是客观事实,因此有必要对其进行修正。基于弹性理论,推导考虑温度应力影响的立井强度设计计算公式,分析公式的数学特征,考察不确定性因素及提出修正思路。鉴于该问题的复杂性,建议进行更深入的研究与探讨,以便提高规范计算方法的科学性、合理性与有效性。

煤矿立井冻结壁温度场演化规律数值模拟分析

为了研究煤矿立井冻结壁温度场发展规律,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合程序,建立了立井冻结壁有限元分析模型,该模型考虑了冻结过程中相变潜热因素影响,模型与工程实际更为吻合。为验证模型的准确性,以某矿风井为研究对象,进行了170 d的冻结过程模拟,并与实测数据进行了对比分析,模拟结果与实测吻合度较好。依据模拟结果,可得出:1冻结过程中,测温孔温度呈负指数型下降,最终趋于恒定值;2冻结壁厚度初期增长幅度较大,而进入156 d增长趋势趋缓,最终趋于稳定,厚度达到8.2 m;3主面温度曲线以冻结管位置为中心呈V型发展,界面温度曲线则近似呈弧形发展。本模拟方法为冻结壁温度场研究提供了一种新的分析手段,相应研究成果对冻结法凿井准确把握井壁温度场演化具有较好参考价值。

兖滕矿区立井井壁损坏的原因分析及防治方法

在分析总结当前煤矿立井井壁损坏机理研究成果的基础上,研究了兖滕矿区立井井壁损坏的特征,分析了兖滕矿区立井井壁损坏的原因,并以兴隆庄煤矿立井井壁损坏为例,论述了其防治方法与技术措施以及需进一步研究的问题,为井壁损坏的治理提供了参考依据。

厚粘土层冻结井壁力学特性的实测研究

立井井筒穿越厚粘土层的施工一直是冻结法凿井的技术难点。通过对厚粘土层冻结井壁力学特性的现场实测,深入分析了井壁压力变化规律、井壁的环向和竖向受力特性。

特厚冲积层冻结法凿井外层井壁受力实测研究

为解决济西生建煤矿主、副井筒特厚冲积层中冻结法凿井的技术难题 ,在施工过程中对外层井壁的内、外力进行了实时监测 ,获得了 4 0 0m以下深厚黏土层冻结压力的实测数据。通过实测信息反馈 。

混凝土水化热对深井冻结壁冻融规律影响的实测研究

文章根据冻结井筒大体积混凝土水化热现场实测结果,得出混凝土水化热对冻结壁的影响规律:井壁混凝土水化热影响冻结壁融化0.2～0.4m,约为外壁厚度的0.43～0.5倍,重新冻结后产生回冻冻胀力0.45～0.80MPa。并结合对实测数据的分析和ADINA有限元程序的数值模拟,得出了冻结壁融化深度与时间的关系曲线,对指导深井冻结壁设计与施工具有重要的指导意义。

井壁围岩空间附加应力观测

介绍了某矿井柱开采后井筒围岩空间附加应力观测情况。得出了各空间附加主应力值、方位角及倾角随工作面推进的变化规律。观测结果表明 :井筒上部围岩体在铅垂方向上受张应力影响 ,而井筒底部围岩体所受应力的大小和性质与工作面的布置方式、开采顺序以及井筒与工作面的相对位置有关。

香山公司副立井变形预计及加固

由于改造后生产系统的需要,香山公司需要将新增设的副立井建在采空塌陷活动区.为确保香山公司副立井服务期间的稳定性,对导致塌陷区形成的3个工作面及其各自引起的井筒移动和变形进行了计算和分析,并提出有效的加固措施.采用基于随机介质理论的概率积分法计算各工作面对井筒所引起的采动影响.预计结果表明己16-17-16042工作面是其井壁破裂的主要因素,井壁破裂处围岩的特殊岩层结构是其直接诱因,其预计结果同井壁实际破裂位置和程度相符.井筒治理采用"锚杆金属网加槽钢"的联合支护加固技术,取得了理想的效果.

基于CCD的垂线坐标仪的设计

针对矿井井壁变形引起的径向位移测量问题,提出了一种基于CCD的垂线坐标仪的设计方案,给出了垂线坐标仪的结构及其在井壁变形监测系统中的布置,详细介绍了垂线坐标仪的软、硬件设计。该垂线坐标仪利用CCD采集光信号并将其转换为视频信号,采用LPC932对采集的视频信号进行二值化处理及计数,并将处理结果发送至地面计算机进行分析,从而得到矿井井壁变形引起的径向位移量。测试结果验证了该垂线坐标仪的稳定性和精确性。