白垩系地层立井冻结壁与井壁共同作用分析
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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
The major coal-producing regions of the western raised a new climax of well constructions with the further implementation of the country's western development strategy. But most of the formation which western mines through is the Cretaceous, and the Quaternary alluvium is no more than 30m. So far, for lacking of knowledge and construction experience in these special strata, the outer wall was crushed and flooding accident emerged have appeared in the construction of several mines. which give great impct to wellbore safety and mine construction. At present, many new theoretical and technical issues need to be resolved for the application of freezing sinking in Cretaceous strata.
This paper took the Inner Mongolia Bojiang-Haizi mine as the research background and two walls problems of freezing sinking in Cretaceous strata as the main line, the exploratory study was conducted for the temperature field, stress field of the interaction of two walls through theoretical analysis, field measurement and numerical simulation. This paper mastered the temperature changes of the frozen wall and the shaft wall in various stages of the freezing, frozen outer shaft wall force characteristic and its distribution along with depth, and proposed the linear equations of the Cretaceous frozen pressure varied with the depth:P=0.00138H+1.0065 MPa (P—the frozen pressure, H—the depth of the strata,m).
The study of the issues explored the load design problems of the outer shaft wall of the Cretaceous in western China, and successfully applied to the optimal design of frozen wall in the Bojiang-Haizi mine. Through the field measurement, the load value on the edge of outer shaft wall caused by the blasting and the security blasting distance and other parameters were obtained.
Figure 57 table 24 reference 57
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
The major coal-producing regions of the western raised a new climax of well constructions with the further implementation of the country's western development strategy. But most of the formation which western mines through is the Cretaceous, and the Quaternary alluvium is no more than 30m. So far, for lacking of knowledge and construction experience in these special strata, the outer wall was crushed and flooding accident emerged have appeared in the construction of several mines. which give great impct to wellbore safety and mine construction. At present, many new theoretical and technical issues need to be resolved for the application of freezing sinking in Cretaceous strata.
This paper took the Inner Mongolia Bojiang-Haizi mine as the research background and two walls problems of freezing sinking in Cretaceous strata as the main line, the exploratory study was conducted for the temperature field, stress field of the interaction of two walls through theoretical analysis, field measurement and numerical simulation. This paper mastered the temperature changes of the frozen wall and the shaft wall in various stages of the freezing, frozen outer shaft wall force characteristic and its distribution along with depth, and proposed the linear equations of the Cretaceous frozen pressure varied with the depth:P=0.00138H+1.0065 MPa (P—the frozen pressure, H—the depth of the strata,m).
The study of the issues explored the load design problems of the outer shaft wall of the Cretaceous in western China, and successfully applied to the optimal design of frozen wall in the Bojiang-Haizi mine. Through the field measurement, the load value on the edge of outer shaft wall caused by the blasting and the security blasting distance and other parameters were obtained.
Figure 57 table 24 reference 57
引文
[1]胡省三,成玉琪.21世纪前期我国煤炭科技重点发展领域探讨[J].煤炭学报,2005,
[2]采矿工程设计手册(中册).煤炭工业出版社.2003
[3]姚直书,程桦,张国勇,等,特厚冲积层冻结法凿井信息化施工外层井壁受力实测研究[J].煤炭科学技术,2004,32(6)：49—52.
[4]姚直书,蔡海兵,程桦,等.特厚表土层钻井井壁底结构分析与设计优化[J].煤炭学报,2009,34(6)：747—751.
[5]王衍森,薛利兵,程建平,等.特厚冲积层竖井井壁冻结压力实测与分析[J].岩土工程学报,2009,31(2)：207—212.
[6]姚直书,程桦,.西部地区深基岩冻结井筒井壁结构设计与优化.煤炭科学技术,2010.
[7]汗仁和,亢延民等.深厚粘土地层冻结压力的实测分析.煤炭科学技术.2008.2
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