新庄煤矿风立井冻结壁与井壁相互作用研究

摘要

随着我国西部大开发战略的实施，西部地区又掀起了新的一轮建井高潮，而新建的矿井很多都要穿越厚度很大的白垩系岩层，由于对这类地层冻结岩石研究较少也缺乏相应的设计、施工经验，因此有必要对西部地区这类特殊地层开展工程实测并对其相关的冻结设计理论进行研究。
　　甘肃省新庄煤矿风立井冻结法凿井工程总冻结深度为910m，共穿越白垩系地层653.88m，是国内少有的深部基岩冻结工程，十分具有代表性。本文以新庄煤矿风立井冻结法凿井工程为背景，通过室内试验得出了不同温度下饱水白垩系砂岩的物理力学参数及其随温度的变化规律并和第四系表土的物理力学参数进行了对比；通过对周围岩土体、冻结壁和外层井壁进行弹塑性分析，得到了由初始地应力引起的冻结压力计算公式和卸载状态下冻结壁径向方向的位移公式；运用ANSYS有限元模拟软件对冻结壁与外壁温度场进行了分析，模拟了不同入模温度、浇注时间对“两壁”温度场的影响；通过对新庄煤矿风立井白垩系地层-632m和-841m层位进行现场实测并对实测数据进行整理分析，得出了两个监测水平冻结壁和井壁受混凝土水化热影响的温度场变化规律和外壁所受冻结压力的发展变化规律及其内部环向和竖向钢筋的受力变化规律，并对实测数据和解析解以及数值模拟结果进行了对比验证。
　　本文通过理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法对新庄煤矿风立井冻结壁与井壁相互作用进行了研究，对该地区冻结法凿井工程中白垩系地层冻结壁与井壁的优化设计和规范施工具有一定的指导意义。

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1绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

2冻结白垩系砂岩物理力学试验研究

2.1冻结砂岩导热特性试验

2.2冻结砂岩力学特性试验

2.3白垩系砂岩与第四系表土物理力学特性对比

2.4本章小结

3冻结壁与井壁相互作用理论分析

3.1冻结壁与井壁温度场相互作用

3.2冻结壁与井壁应力场相互作用

3.3工程算例

3.4冻结压力解析解与实测值对比

3.5本章小结

4冻结壁与井壁相互作用有限元数值分析

4.1有限元模型的建立

4.2计算结果及分析

4.3数值模拟与工程实测对比

4.4小结

5工程概况及监测分析

5.1工程概况

5.2监测内容和监测方案

5.3监测结果及数据分析

5.4本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献