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可缩性井壁接头的竖向稳定性研究

可缩性井壁接头的竖向稳定性研究

作者：周洁安徽理工大学

学位级别：硕士

近年来,在各地的煤矿矿区相继发生了100多个煤矿立井井筒破裂事故。经研究发现了在过去不曾认识到的竖向附加力问题。当处于特殊地层条件时,井壁在承受自重包含装备重量的前提下,还要承受由于含水层疏排水而产生的竖向附加力。当井壁的... 详细信息

近年来,在各地的煤矿矿区相继发生了100多个煤矿立井井筒破裂事故。经研究发现了在过去不曾认识到的竖向附加力问题。当处于特殊地层条件时,井壁在承受自重包含装备重量的前提下,还要承受由于含水层疏排水而产生的竖向附加力。当井壁的位移大于地层向下的位移时,井壁外表面会受到向上的竖向附加力的作用;反之,会受到向下的竖向附加力的作用。那些发生井筒破裂事故的大多是井筒周围土层固结沉降,施加给井筒一个相当大的向下竖向附加力,使井筒受到的竖向荷载加大,最终导致井壁因强度不足而破坏。而解决这个问题的最好途径就是降低井壁的竖向刚度即在立井井壁中设置若干个竖向可缩接头。矿井中的可缩性井壁接头多为组合钢结构,而钢结构的稳定性能是决定其承载能力的重要因素,故可缩性井壁接头的稳定性研究已经成为一个重要的研究课题。本论文以淮北矿业(集团)有限责任公司的祁南二矿箕斗井和陶忽主井为工程实例,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对可缩性井壁接头的极限承载力和竖向稳定性进行了研究。对比分析了不同尺寸、结构下可缩性井壁结构的力学性能。研究表明：可缩性井壁接头的高度对极限承载力影响较小,主要跟立板的截面和位置有关;当可缩性井壁接头的竖向极限承载力小于对应结构的非线性屈曲临界荷载时,结构不会发生竖向失稳破坏,且结构的竖向极限承载力即为竖向设计计算控制荷载;反之,即会发生竖向失稳破坏,且结构的非线性屈曲临界荷载即为竖向设计计算控制荷载。

关键词：特殊地层可缩性井壁接头竖向稳定性屈曲分析

信湖煤矿钻井井筒可缩性井壁接头设计及数值模拟研究

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煤炭工程 2012年第3期44卷 9-11页

作者：裴庆夏姚直书张永坤安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

随着矿井建设和生产的进行,表土含水层的水位逐渐下降,土体中有效应力增加,引起井筒周围土层固结沉降,使井筒受到的竖向荷载加大,随着地层的沉降,竖向附加力逐渐增大,最终导致井壁因强度不足而破坏。为了增加井壁的安全性,基于矿井钻井... 详细信息

随着矿井建设和生产的进行,表土含水层的水位逐渐下降,土体中有效应力增加,引起井筒周围土层固结沉降,使井筒受到的竖向荷载加大,随着地层的沉降,竖向附加力逐渐增大,最终导致井壁因强度不足而破坏。为了增加井壁的安全性,基于矿井钻井井壁破裂防治的重要性,设计采用了可缩性井壁接头,研究了可缩性井壁接头在受力状态下的作用效果,以及对可缩性接头的受力效果进行数值模拟。结果表明:可缩性接头方案具有良好的可缩性能,它可以通过自身压缩变形来释放井壁承受的竖向附加力。

关键词：竖向附加力可缩性井壁接头 ANSYS模拟钻井井筒

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冻结井可缩性井壁接头力学特性研究及其应用

煤炭科学技术 2005年第9期33卷 37-41,45页

作者：荣传新程桦蔡海兵安徽理工大学土木工程系

针对丁集煤矿特殊的地层条件,为防止井壁在冻结壁融沉和地层疏水沉降时发生破裂,在井壁设计时采用竖向可缩性井壁结构,并提出了一种新型冻结井可缩性井壁接头形式。通过试验和数值计算表明:在竖向附加力作用下,该接头具有良好的竖向压... 详细信息

针对丁集煤矿特殊的地层条件,为防止井壁在冻结壁融沉和地层疏水沉降时发生破裂,在井壁设计时采用竖向可缩性井壁结构,并提出了一种新型冻结井可缩性井壁接头形式。通过试验和数值计算表明:在竖向附加力作用下,该接头具有良好的竖向压缩变形特性、很强的抗侧压能力和可靠的防水、防漏性能,并且实验结果与数值计算结果基本一致。该研究成果已应用于丁集煤矿的三个立井井筒。

关键词：冻结井可缩性井壁接头竖向附加力力学特性

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可缩性井壁接头的竖向稳定性研究

安徽理工大学学报（自然科学版） 2013年第1期33卷 75-78页

作者：周洁程桦荣传新李良伟安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学办公室安徽合肥230000 苏州市建筑科学研究院江苏苏州215011

当作用在井壁上的竖向附加力达到一定值时,可缩性井壁接头便产生压缩变形,使积聚在井壁内的竖向应力得以释放,从而可防止井壁破坏。采用ANSYS有限元软件对祁南二矿箕斗井的可缩性井壁接头竖向稳定性进行计算分析,即接头的特征值屈曲分... 详细信息

当作用在井壁上的竖向附加力达到一定值时,可缩性井壁接头便产生压缩变形,使积聚在井壁内的竖向应力得以释放,从而可防止井壁破坏。采用ANSYS有限元软件对祁南二矿箕斗井的可缩性井壁接头竖向稳定性进行计算分析,即接头的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。计算结果表明:可缩性井壁接头发生竖向失稳的临界荷载为24.42 MPa,而其竖向极限承载力为20.30MPa,由此可见该可缩性井壁接头不会发生竖向失稳破坏,竖向极限承载力即为设计计算的控制荷载。

关键词：特殊地层可缩性井壁接头竖向稳定性屈曲分析

许疃煤矿改扩建工程冻结井可缩性井壁接头的研究与应用

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许疃煤矿改扩建工程冻结井可缩性井壁接头的研究与应用

作者：张浩安徽理工大学

学位级别：硕士

自二十世纪80年代以来,我国安徽两淮、江苏徐州、河南永夏、山东兖州和黑龙江东荣等矿区相继发生大量立井井壁破裂事故,现行对井壁破裂原因已达成共识,即破裂井壁所穿过表土层的底部含水层直接覆盖在风化基岩段之上,缺乏隔水层,由于底... 详细信息

自二十世纪80年代以来,我国安徽两淮、江苏徐州、河南永夏、山东兖州和黑龙江东荣等矿区相继发生大量立井井壁破裂事故,现行对井壁破裂原因已达成共识,即破裂井壁所穿过表土层的底部含水层直接覆盖在风化基岩段之上,缺乏隔水层,由于底部含水层疏水沉降产生作用于井筒之上的竖向附加力(负摩擦力)是造成立井井壁破裂的主要原因。许疃煤矿改扩建工程的新主井和北风井均穿越此类疏水沉降地层,因此在井壁结构设计中,应考虑竖向附加力的影响以预防井壁破裂。为此,本文采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的研究手段,对许疃煤矿改扩建工程冻结井可缩性井壁接头进行研究,研究内容和成果如下：(1)根据冻结井可缩性井壁接头的设计原则和方法,针对许疃煤矿新主井和北风井,各设置竖向可缩性井壁接头1个,分别位于累深357m和353m层位,并得到了冻结井可缩性井壁接头的结构参数。(2)采用模型试验方法,对可缩性井壁接头进行竖向、侧向和三轴加载模型试验。试验结果表明,竖向加载情况下井壁接头的压缩变形率可达47%,三轴加载情况下井壁接头的压缩变形率可达48.8%,侧向加载情况下井壁接头承载力可达29.16MPa,可知该可缩性井壁接头具有良好的压缩特性和防水性能。(3)采用数值模拟方法,对可缩性井壁接头的力学特性进行分析。通过将数值模拟得到的井壁接头竖向承载力与模型试验结果相比较,验证了数值模拟分析的可靠性。(4)根据冻结井筒内层井壁的施工工序,提出了冻结井可缩性井壁接头的现场施工技术。冻结井可缩性井壁接头在许疃矿新主井和北风井中得到了成功应用,相应的设计和施工技术可为类似工程提供参考依据。冻结井可缩性井壁接头可广泛应用于类似地层条件下的煤矿新井建设与改扩建工程中,将产生更大的社会与经济效益。

关键词：冻结井可缩性井壁接头模型试验数值模拟施工技术

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深冻结井内层可缩性井壁接头设计研究

山西建筑 2022年第11期48卷 38-41页

作者：薛大伟张瀚文程龙艺张伟李广平安徽皖北煤电集团钱营孜煤矿安徽宿州234000 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

以钱营孜煤矿新副井累深229 m处可缩性井壁接头为例,采用理论计算和数值模拟相结合的方法开展设计研究。首先给出可缩性井壁接头设计要求及结构形式,再通过理论计算得到可缩性井壁接头内、外立板厚度均为0.03 m,其次采用ANSYS软件进行... 详细信息

以钱营孜煤矿新副井累深229 m处可缩性井壁接头为例,采用理论计算和数值模拟相结合的方法开展设计研究。首先给出可缩性井壁接头设计要求及结构形式,再通过理论计算得到可缩性井壁接头内、外立板厚度均为0.03 m,其次采用ANSYS软件进行有限元分析,结果表明该种可缩性井壁接头竖向承载力26.5 MPa,侧向承载力28.2 MPa,接头最大等效应力——竖向载荷曲线及接头最大等效应力——侧向载荷曲线均分为两个阶段:弹性阶段和屈服阶段,并得到可缩性井壁接头的内、外立板屈曲模态图,最小线性屈曲载荷590.80 MPa。

关键词：可缩性井壁接头数值模拟竖向附加力

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冻结井内层可缩性井壁结构设计与安全监测

冻结井内层可缩性井壁结构设计与安全监测

作者：张瀚文安徽理工大学

学位级别：硕士

自二十世纪八十年代以来,我国黄淮和徐淮地区井壁破裂事故时有发生,经众多专家、学者研究发现,井壁穿越特殊地层时,会因底部含水层失水受到竖向附加力,当竖向附加力超过井壁极限承载力时,井壁将发生破裂。钱营孜煤矿新副井所在的徐淮矿... 详细信息

自二十世纪八十年代以来,我国黄淮和徐淮地区井壁破裂事故时有发生,经众多专家、学者研究发现,井壁穿越特殊地层时,会因底部含水层失水受到竖向附加力,当竖向附加力超过井壁极限承载力时,井壁将发生破裂。钱营孜煤矿新副井所在的徐淮矿区普遍表现出地层疏水沉降量大、井筒竖向附加力高的特点,因此在内层井壁结构设计时增设一道可缩性井壁接头使内层井壁具有可缩性,以衰减竖向附加力作用,预防井壁破裂;同时在新副井内层可缩性井壁关键层位埋入测试元件,长期监测新副井从建井至服役过程中井壁受力变形情况,对其安全性进行评价。主要研究内容如下:(1)根据钱营孜煤矿新副井工程地质条件选取可缩性井壁接头设置层位,阐述可缩性井壁接头设计原则,根据简化设计理论,设计接头尺寸参数以及结构形式,设计内容主要包括内立板厚度、外立板厚度、立板位置、法兰盘宽度和法兰盘厚度等。(2)以新副井可缩性井壁接头为工程实例,使用ANSYS软件建立有限元模型,先是对其进行竖向和水平承载力分析,接着比较不同立板厚度井壁接头竖向承载力模拟值与理论计算值,验证数值分析的合理性,最后计算不同尺寸井壁接头竖向承载力,分析接头立板位置、法兰盘宽度和法兰盘厚度等尺寸参数对其竖向承载力的影响情况,结果发现接头内立板远离井筒中心,法兰盘宽度越小时,竖向承载力越高,而法兰盘厚度对其竖向承载力几乎无影响;同时还分析了材料屈服强度和水平荷载对井壁接头竖向承载力的影响情况。(3)使用振弦式压力计、钢筋计、应变计、水压计、位移计以及智能型传感器采集箱等元件、设备组建新副井监测系统,实时监测新副井内层可缩性井壁受力变形情况,并基于建井至服役过程中的监测数据,对壁间压力、钢筋应力、混凝土应变、壁间水压以及可缩性井壁接头竖向压缩量变化规律进行划阶段分析,评价井壁安全状态,并指出各阶段中引起井壁受力变形变化的主导因素。图[48]表[15]参[76]

关键词：冻结井筒可缩性井壁接头数值模拟井壁监测内壁受力