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特厚冲积层冻结壁变形及冻结压力的研究

张红晓  
【摘要】:在我国煤炭是一种重要能源,随着浅部煤炭资源的开采殆尽,深部煤炭资源的开采日益迫切。目前在新建的矿井中,大都需要穿越深厚冲积层。随着冲积层厚度的增加,在采用冻结法凿井工程中经常由于冻结壁变形过大造成冻结管断裂,轻者影响施工进度,重者造成淹井事故。因此在深厚冲积层中采用冻结法凿井,有很多理论和工程技术问题亟待研究,以满足工程设计和施工的需要。 论文主要目的是研究万福矿井主井(冲积层厚750m,冻结深度894m)冻结壁变形和冻结压力规律,并对井壁结构进行安全性论证。 首先论文综述了冻结法凿井的研究现状,之后采用大型工程软件ANSYS数值模拟实际工程,通过数值计算结果和现场实测结果对比,验证了数值模型的正确性。针对万福矿井主井建立了不同深度、不同开挖段高,共9种模型分析研究冻结壁变形。同时研究了井壁结构的安全性和冻结压力变化规律。本文得出如下主要结论和成果: (1)冻结壁的径向位移在开挖段高内呈不均匀分布,最大径向位移位于开挖段高中部,同时根据计算数据回归出了万福矿井主井的冻结壁最大径向位移公式; (2)根据冻结壁最大径向位移公式换算出在万福矿井主井施工过程中的安全掘进段高计算公式,在实际施工过程中可以根据不同粘土层所处深度计算出安全掘进段高。 (3)万福矿井主井按传统方法设计的井壁结构是安全的; (4)得出了万福矿井主井的冻结压力随深度变化公式。 本文的研究成果对实际工程具有参考指导意义。


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