亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        袁大灘礦主斜井凍結(jié)壁溫度及凍結(jié)壓力研究

        2018-05-04 02:36:58楊金宏劉雷斌程玉波
        中國煤炭 2018年4期
        關(guān)鍵詞:外層凍土融化

        趙 健 楊金宏 劉雷斌 程玉波

        (1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083;2. 中煤建設(shè)集團(tuán)有限公司科技信息部,北京市昌平區(qū),102218)

        由于我國施工的大部分斜井需要穿過富水表土層,凍結(jié)法鑿井技術(shù)已經(jīng)成為斜井井筒穿越這些地層的幾乎唯一有效選擇。目前,對凍結(jié)壁溫度的研究主要集中在凍結(jié)施工過程中凍結(jié)壁交圈時(shí)間和溫度場分布,但對井筒掘砌過程中凍結(jié)壁溫度變化的研究較少。而對凍結(jié)壓力的研究主要基于現(xiàn)場實(shí)測,但現(xiàn)場實(shí)測凍結(jié)壓力時(shí),壓力盒安裝在井壁與凍結(jié)壁之間,容易出現(xiàn)應(yīng)力集中或受力扭曲,實(shí)測得到的凍結(jié)壓力結(jié)果往往表現(xiàn)出很高的離散性,不能準(zhǔn)確地反映凍結(jié)壓力值。本文以袁大灘礦主斜井凍結(jié)法鑿井施工為工程背景,利用數(shù)值模擬方法分析井筒掘砌施工對凍結(jié)壁溫度的影響,研究凍結(jié)壁凍結(jié)壓力分布規(guī)律,結(jié)合凍結(jié)壁塑性狀態(tài),確定凍結(jié)壁可能出現(xiàn)破壁的位置,為袁大灘礦主斜井的安全施工提供參考。

        1 工程概況

        袁大灘礦主斜井傾角14°,斜長1303.3 m,凍結(jié)段深度20~111.2 m,采取分段打豎向直排孔凍結(jié)方案,共分10段凍結(jié)。凍結(jié)壁頂部、兩幫和底部的最大厚度分別為6.0 m、3.4 m和5.0 m。井筒凈寬5.0 m,墻高1.3 m,拱高2.5 m,采用雙層井壁進(jìn)行支護(hù),外層井壁為工字鋼和混凝土,厚度為300 mm,內(nèi)層井壁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),厚度為350 mm。

        井筒利用綜掘機(jī)掘進(jìn),掘砌段長6 m,掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí),工作面后方綁扎內(nèi)層井壁鋼筋,支設(shè)澆筑混凝土模板,前后平行作業(yè);掘進(jìn)機(jī)退出工作面反拱底板、安設(shè)底梁及綁扎底板鋼筋時(shí),內(nèi)層井壁進(jìn)行澆筑施工,前后平行作業(yè)。

        根據(jù)礦井水文地質(zhì)資料,90 m深處的第8段凍結(jié)壁位于表土松散層與基巖交界處,為典型的細(xì)砂含水層,凍結(jié)壁受周圍地層荷載作用較大,因此,選擇第8段凍結(jié)壁進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

        凍結(jié)壁頂部垂直外載根據(jù)土層重力計(jì)算,兩側(cè)外載根據(jù)重液公式計(jì)算:

        式中:P1——凍結(jié)壁頂部垂直外載,MPa;

        γs——土的容重,N/m3;

        H——計(jì)算深度,m;

        α——井筒傾角,(°);

        P2——凍結(jié)壁兩側(cè)外載,MPa;

        γe——水土混合重液容重,取13×103N/m3。

        經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測得出,細(xì)砂容重γs=17.5×103N/m3,計(jì)算深度H=90 m,井筒傾角α=14°,則凍結(jié)壁頂部垂直外載P1=1.53 MPa,凍結(jié)壁兩側(cè)外載P2=1.17 MPa。

        2 數(shù)值模擬與計(jì)算方案

        2.1 模型建立與邊界條件

        為消除凍結(jié)壁軸向邊界效應(yīng)的影響,在第8凍結(jié)段前增加第7凍結(jié)段已掘砌段,簡化后的凍結(jié)壁模型示意圖如圖1所示,在FLAC 3D中建立的數(shù)值模擬模型如圖2所示。

        圖1 模型示意圖

        圖2 凍結(jié)壁數(shù)值模擬模型圖

        模型頂部加載補(bǔ)償應(yīng)力,以保證凍結(jié)壁頂部垂直荷載在1.53 MPa左右,模型四周施加沿模型高度變化的漸變水平應(yīng)力,以保證凍結(jié)壁兩側(cè)荷載在1.17 MPa左右,模型底部固定未凍土各節(jié)點(diǎn)位移。

        試驗(yàn)測得細(xì)砂的凍結(jié)溫度為-1 ℃,凍結(jié)壁設(shè)計(jì)平均溫度為-10 ℃,掘進(jìn)工作面常溫為20 ℃。由于主要研究井筒掘砌施工對凍結(jié)壁溫度的影響,假設(shè)內(nèi)層井壁、已施工外層井壁及未凍結(jié)細(xì)砂的溫度為0 ℃(273 K)。受混凝土水化影響,第8凍結(jié)段新澆筑外層井壁的溫度為40 ℃。

        2.2 模型本構(gòu)參數(shù)與計(jì)算方案

        凍結(jié)壁模型本構(gòu)采用摩爾—庫侖力學(xué)模型和均質(zhì)熱導(dǎo)熱學(xué)模型。根據(jù)凍土物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn),模型中凍土、未凍土、井壁的力學(xué)和熱學(xué)參數(shù)見表1。

        表1 模型力學(xué)和熱學(xué)參數(shù)

        沿凍結(jié)壁頂板和兩幫各布置41個溫度、應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn),起點(diǎn)為井筒掘進(jìn)工作面,終點(diǎn)為內(nèi)層井壁碹頭,共計(jì)20 m,監(jiān)測點(diǎn)間距0.5 m,如圖3所示。

        圖3 監(jiān)測點(diǎn)分布位置

        數(shù)值模擬計(jì)算方案為,首先進(jìn)行地層原始地應(yīng)力計(jì)算,清除模型節(jié)點(diǎn)位移和速度后,刪除第7凍結(jié)段中的未凍土,建立內(nèi)、外層井壁單元體,同時(shí)賦值凍結(jié)壁和井壁參數(shù),其中,第8凍結(jié)段掘進(jìn)6 m,支護(hù)新澆筑外層井壁6 m。開啟溫度計(jì)算模式,設(shè)置凍結(jié)壁模型溫度,利用solve age命令計(jì)算求解凍結(jié)壁溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律,以及凍結(jié)壓力的空間分布規(guī)律。

        3 凍結(jié)壁溫度結(jié)果分析

        3.1 凍結(jié)壁空幫段

        井筒掘進(jìn)6 m后,凍結(jié)壁與井筒掘進(jìn)工作面之間存在溫度差,兩者之間產(chǎn)生熱傳導(dǎo),根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,施工一個掘砌段長后,5 d內(nèi)凍結(jié)壁空幫段頂板和兩幫溫度的變化規(guī)律如圖4所示。

        由圖4可知,工作面掘進(jìn)1 d后,凍結(jié)壁空幫段頂板溫升比兩幫大,頂板的溫升達(dá)到17 ℃,頂板凍土將出現(xiàn)較大范圍融化,兩幫溫升接近10 ℃,兩幫凍土融化范圍較小。

        在不對凍結(jié)壁采取保溫措施的情況下,4 d時(shí)凍結(jié)壁空幫段的溫度都將降低至凍結(jié)溫度以下,融化凍土能夠重新回凍。因此,凍結(jié)壁空幫段受掘進(jìn)工作面溫度的影響較小,空幫段凍結(jié)壁中凍結(jié)管內(nèi)鹽水可以保持原有溫度,采取維護(hù)凍結(jié)措施。

        圖4 凍結(jié)壁空幫段溫度變化規(guī)律

        3.2 新澆筑外層井壁段

        井筒掘進(jìn)6 m后,需要澆筑外層井壁支護(hù)上一掘砌循環(huán)形成的空幫段,新澆外層井壁混凝土水化過程將釋放大量水化熱,造成井壁壁后凍土溫度大幅升高,并出現(xiàn)大范圍融化,導(dǎo)致凍結(jié)壁的厚度減小,削弱凍結(jié)壁抵抗地層荷載的能力。根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,新澆筑外層井壁施工后,5 d內(nèi)凍結(jié)壁頂板和兩幫溫度的變化情況如圖5所示。

        圖5 5 d內(nèi)新澆筑外層井壁段凍結(jié)壁溫度變化規(guī)律

        由圖5可知,新澆筑外層井壁釋放的水化熱作用在凍結(jié)壁1 d后,壁后凍土產(chǎn)生34 ℃左右的溫升,凍結(jié)壁頂板和兩幫將出現(xiàn)大范圍融化。5 d后壁后凍土的溫度仍維持在較高水平,依靠維護(hù)凍結(jié)措施,融土回凍困難,需要調(diào)整凍結(jié)施工方案,采取積極凍結(jié)措施。

        新澆筑外層井壁1 d和5 d后,通過設(shè)置在凍結(jié)壁溫度云圖中僅顯示大于272 K的范圍,間接表示凍土融化且未回凍的范圍,如圖6所示。

        圖6 新澆筑外層井壁段凍結(jié)壁融化范圍

        對比圖6(a)和(b)可知,隨著井壁水化熱對凍結(jié)壁影響的減弱,凍結(jié)壁最高溫度逐漸降低,但凍土融化范圍逐漸增加。外層井壁澆筑1 d后,壁后凍土的最大融化范圍為0.5 m,5 d后最大融化范圍增加至1.0 m。

        因此,澆筑井壁時(shí),需要及時(shí)調(diào)整澆筑范圍內(nèi)的凍結(jié)施工參數(shù),盡快消除井壁水化熱對凍結(jié)壁溫度的影響。通過增加鹽水流量、改變鹽水配比、提高制冷設(shè)備工作效率等措施,降低凍結(jié)壁中凍結(jié)管內(nèi)鹽水的溫度,以維持凍結(jié)壁的厚度和強(qiáng)度,保證井筒掘進(jìn)工作面的安全。

        4 凍結(jié)壓力結(jié)果分析

        4.1 軸向分布規(guī)律

        井筒掘進(jìn)后,凍結(jié)壁應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,原有的平衡狀態(tài)被打破,在周圍地層荷載作用下向井筒產(chǎn)生變形。井壁澆筑后,由于井壁的強(qiáng)度和剛度較高,限制了凍結(jié)壁的變形,凍結(jié)壁與外層井壁之間將產(chǎn)生變形壓力。同時(shí),井壁混凝土水化熱引起的壁后凍土融化和回凍會對井壁產(chǎn)生凍脹力。凍結(jié)壁的變形壓力和凍脹力疊加施加在井壁上,形成凍結(jié)壓力。

        新澆筑外層井壁1 d和5 d后,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),凍結(jié)壁頂板和兩幫凍結(jié)壓力沿井筒軸向的分布規(guī)律分別如圖7和圖8所示,3 d時(shí)凍結(jié)壁垂直應(yīng)力軸向分布規(guī)律云圖如圖9。

        圖7 頂板凍結(jié)壓力軸向分布規(guī)律

        圖8 兩幫凍結(jié)壓力軸向分布規(guī)律

        由圖7和圖8可知,由于凍結(jié)壁空幫段沒有井壁支護(hù),空幫段形成應(yīng)力卸載區(qū)。新澆筑外層井壁段的凍結(jié)壓力隨距掘進(jìn)工作面距離的增加而先增加后減小,在外層井壁碹頭附近出現(xiàn)應(yīng)力峰值,遠(yuǎn)離工作面后趨于穩(wěn)定。凍結(jié)壁頂板凍結(jié)壓力峰值為2.1 MPa,穩(wěn)定值約為1.5 MPa;兩幫凍結(jié)壓力的峰值為1.6 MPa,穩(wěn)定值約為1.1 MPa。

        井筒施工一個掘砌段長后,空幫段處于無支護(hù)或簡易臨時(shí)支護(hù)狀態(tài)的時(shí)間約為3~5 d,在施工下一掘砌段長前,空幫段產(chǎn)生的變形使其周圍的應(yīng)力得到釋放,從而在外層井壁的碹頭附近形成凍結(jié)壓力降低區(qū)。由于空幫段沒有有效支護(hù),凍結(jié)壁周圍地層的水、土外載通過凍結(jié)壁向空幫段前后傳遞和轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移到空幫段后側(cè)的應(yīng)力在井壁上形成凍結(jié)壓力升高區(qū)。由圖9可知,在掘進(jìn)工作面前方同樣存在一定范圍的應(yīng)力升高區(qū),使工作面前方未凍細(xì)砂向外鼓出變形,有發(fā)生塌方的危險(xiǎn)。遠(yuǎn)離空幫段和新澆筑外層井壁的凍結(jié)壓力趨于穩(wěn)定,受井筒掘砌施工的影響較小,形成凍結(jié)壓力穩(wěn)定區(qū)。

        圖9 凍結(jié)壁垂直應(yīng)力軸向分布云圖(單位:Pa)

        對比1 d和5 d 時(shí)凍結(jié)壓力的分布規(guī)律可知,5 d時(shí)頂板凍結(jié)壓力峰值向工作面后方移動,頂板凍結(jié)壓力的降低區(qū)和升高區(qū)范圍增加,兩幫凍結(jié)壓力峰值沒有移動,但兩幫凍結(jié)壓力升高區(qū)的范圍擴(kuò)大。凍結(jié)壓力升高區(qū)范圍的增加,將使外層井壁內(nèi)部出現(xiàn)微小裂紋的范圍擴(kuò)大,為井筒后續(xù)使用埋下隱患。因此,在不影響井筒掘進(jìn)的情況下,應(yīng)及時(shí)澆筑內(nèi)層鋼筋混凝土井壁,與工作面掘砌施工前后平行作業(yè)。

        4.2 徑向分布規(guī)律

        新澆筑外層井壁5 d后,新澆筑外層井壁中點(diǎn)位置處,凍結(jié)壁橫截面上的垂直、水平應(yīng)力云圖分別如圖10和圖11所示,剪切破壞狀態(tài)如圖12所示。

        由圖10和圖11可知,凍結(jié)壁最大垂直應(yīng)力不在圓拱的中點(diǎn),而在圓拱中點(diǎn)的兩側(cè),約為2.6 MPa。最大水平應(yīng)力不在凍結(jié)壁的兩幫,而在凍結(jié)壁圓拱的中點(diǎn),約為3.1 MPa。較高的垂直和水平應(yīng)力在頂板圓拱處疊加,導(dǎo)致凍結(jié)壁作用在井壁頂板的凍結(jié)壓力比兩幫大。由圖12可知,在凍結(jié)壁外載和井壁約束的作用下,凍結(jié)壁頂部圓拱出現(xiàn)塑性破壞的范圍比兩幫大,因此,凍結(jié)壁頂部更容易在外載作用下出現(xiàn)破壞,從而導(dǎo)致井壁頂部被壓裂破壞,發(fā)生潰水、潰砂事故。

        圖10 凍結(jié)壁垂直應(yīng)力

        圖11 凍結(jié)壁水平應(yīng)力

        圖12 凍結(jié)壁剪切破環(huán)狀態(tài)

        5 結(jié)語

        (1)凍結(jié)壁空幫段溫度受掘進(jìn)工作面溫度的影響較小,3 d后可以降低到凍結(jié)

        溫度,融土能夠自行重新回凍,可以僅采取維護(hù)凍結(jié)措施。

        (2)新澆筑外層井壁產(chǎn)生的水化熱使井壁壁后凍土產(chǎn)生較高溫升,引起凍結(jié)壁大范圍融化,1 d時(shí)的融化范圍約為0.5 m,融土回凍困難,需要調(diào)整凍結(jié)施工方案,采取積極凍結(jié)措施。

        (3)凍結(jié)壁施加在井壁上的凍結(jié)壓力峰值大于凍結(jié)壁受到的外載,且沿井筒軸向形成應(yīng)力降低區(qū)、升高區(qū)和穩(wěn)定區(qū)。凍結(jié)壁頂板凍結(jié)壓力和塑性破壞范圍均大于兩幫,容易出現(xiàn)破壁事故。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 周檀君, 周國慶. 考慮傾角作用的斜井凍結(jié)壁厚度計(jì)算方法[J]. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016(3)

        [2] 榮傳新, 王秀喜, 程樺. 深厚沖積層凍結(jié)壁和井壁共同作用機(jī)理研究[J]. 工程力學(xué), 2009(3)

        [3] 王衍森, 薛利兵, 程建平等. 特厚沖積層豎井井壁凍結(jié)壓力的實(shí)測與分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2009 (2)

        [4] 吳王青, 李棟偉, 馬乾坤.白堊系地層凍結(jié)壁溫度和壓力實(shí)測分析[J]. 中國煤炭, 2012(3)

        [5] 劉波, 陳玉超, 李東陽. 凍結(jié)管差異溫度強(qiáng)化凍結(jié)試驗(yàn)與數(shù)值分析[J]. 煤炭工程, 2014(5)

        [6] 劉占斌. 深厚砂層斜井井筒沉降變形與監(jiān)測技術(shù)分析[J]. 中國煤炭, 2017(5)

        [7] 楊更社, 屈永龍, 奚家米等. 西部白堊系富水基巖立井凍結(jié)壓力實(shí)測研究[J]. 采礦與安全工程學(xué)報(bào), 2014(6)

        [8] 陳軍浩, 陳飛敏. 凍結(jié)孔偏斜對白堊系地層凍結(jié)鑿井影響研究[J]. 中國煤炭, 2013(2)

        [9] 馬玲, 齊吉琳, 余帆等. 凍結(jié)砂土三軸試驗(yàn)中顆粒破碎研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2015(3)

        [10] 胡俊, 楊平. 大直徑杯型凍土壁溫度場數(shù)值分析[J]. 巖土力學(xué), 2015(2)

        猜你喜歡
        外層凍土融化
        一種溶液探測傳感器
        傳感器世界(2022年4期)2022-11-24 21:23:50
        北極凍土在求救
        凍土下的猛犸墳場
        一起融化
        民族音樂(2016年1期)2016-08-28 20:02:52
        一種購物袋
        科技資訊(2016年6期)2016-05-14 13:09:55
        專題Ⅱ 物質(zhì)構(gòu)成的奧秘
        融化的Ice Crean
        健康女性(2014年8期)2015-05-12 03:10:47
        “人”字變身
        26
        冰如何開始融化
        婷婷五月深深久久精品| 最近亚洲精品中文字幕| 极品精品视频在线观看| 美女国产毛片a区内射| 亚洲一区二区三区无码国产| 成人国产精品一区二区网站| 国产三级三级三级看三级日本| 午夜大片在线播放观看 | 97超碰中文字幕久久| 一区二区三区免费观看在线视频| 91九色视频在线国产| 亚洲av成人噜噜无码网站| 好大好硬好爽免费视频| 久久久久久人妻一区精品| 亚州中文热码在线视频| 亚洲av无码精品国产成人| 亚洲成av人最新无码| 亚洲天堂av社区久久| 免费在线观看av不卡网站| 亚洲第一se情网站| 国产激情在观看| 亚洲大胆美女人体一二三区| 狠狠色噜噜狠狠狠777米奇| 少妇寂寞难耐被黑人中出| 国产精品久久久久免费看| 桃色一区一区三区蜜桃视频| 人妻无码一区二区不卡无码av| 啪啪免费网站| 亚洲中文字幕第一第二页| 久久人人爽人人爽人人片av高请| 国产精品va在线观看无码| 特级毛片全部免费播放a一级| 日本一区二区在线免费看| 欧美成人片在线观看| 亚洲VA中文字幕无码毛片春药| 国产一区二区三区白浆肉丝| 免费无码一区二区三区a片百度| 精品国产黑色丝袜高跟鞋| 男女羞羞的视频免费网站| 精品含羞草免费视频观看| 国产精品久久久久电影网|