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内蒙古巴楞煤矿冻岩土性能试验与冻结方案设计优化

来源: www.khyfdv.tw 作者:wwj881024 发?#38469;?#38388;:2014-10-29 16:11 论文字数:45000字
论文编号: sb2014102819414410810 论文地区:呼和浩特 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文 论文价格: 150
本文是一篇岩土论文,主要论述了丰富和发展我国深立井冻结法凿井技术理论,对于推动经济发展与促进科技进步有一定意义

绪论


1.1前言
1.1.1研究的背景和意义
我国煤炭储量丰富,据《2011国际统计年鉴》数据显示,中国煤炭可开采储量为1148. 28 X 1,在我国能源生产结构中,煤炭基本保持了自2003年以来76%一77%的主导地位。现在,我国能源生产与消费总量均很高,仅次于美国居于世界第二位,并且随着经济的增长需求量仍有不断扩大之势。
内蒙古巴楞矿区已探明的煤炭?#35797;?#20648;存总量为2.2亿吨,年开采能力预计为800万吨。勘查区全?#21208;恍律?#30028;地层所覆盖,属隐伏式煤田。本区地层具有典型内蒙西部地区特征,水?#35797;?#23453;贵,并且表土段水埋深较深,水位在40米一下。本区交通便利,通讯条件良好。
自1955年我国从波兰引进冻结法凿井技术以来,冻结法凿井技术显示出了其蓬勃的生命力,在全国迅速得到了推广与传播,目前在煤矿立井特殊凿井方面,己经成为一种最常用的凿井手段。冻结法凿井适用范围广,既适用于松散不稳定的冲积层?#22303;?#38553;含水岩层,也适用于淤泥、松软泥岩以及含水量特大水头特高的地层,对于地质条件复杂的矿井工程、事故处理和施工抢险中也是适用?#27169;?#37492;于冻结法凿井的种种优点,在矿山井巷工程,如立井、斜井、?#36739;鎩?#39532;头门等的施工中也被广泛采用。在最近半个世纪的时间里,我国冻结法凿井成功颇丰,已建成立井井筒968个,累计井筒长度 22.7万米,最大井筒净?#26412;?0.5米,施工规模是在世界上是最大的。在冻结深度方面,我国已经超过了800米,并且冻结深度有日渐加深之势。并?#20197;?#26368;近二十年来,各种新材料、新装备层出不穷、施工工艺也日臻成熟,这都为冻结法凿井技术在全国的应用打下了基础。这也表明,我国的冻结法凿井技术己经走到了世界的前列。
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1.2研究的目的及研究内容
煤炭是我国最主要的能源,自改革开放以来,我国经济到了飞速发展,?#35797;?#38656;求量?#35328;?#23621;世界第二,仅仅开挖浅层煤矿已满足不了国家经济发展对?#35797;?#30340;需求,所以开采深层煤矿已势在必行。由于深层煤矿地质条件复杂、煤层埋深大、地压大等特点,在深井建设中,冻结法凿井应用尤为普遍。
通过对内蒙古巴楞矿区冻岩土性能进行试验数据与其他工程数据进行?#27835;?#27604;对,可以选择合适的设计参数,给其他工程在参数选取时提供一定的参考;依靠大型有限元?#27835;?#36719;件ANSYS对巴愣矿风井冻结壁温度场进行数值模拟,其结果可以为内蒙古巴楞矿冻结法凿井现场施工提供依据;通过工程类比与理论经验,采?#29028;?#36866;的计算公式与方法,对巴愣矿冻结方案进行设计并优化,其冻结设计方案可以为其他矿区的冻结方案设计提供必要的参照。
研究内容主要有:
(1)内蒙古巴楞矿区冻岩土的热物理力学性质?#26696;?#30719;区水文地质状况;
(2)内蒙古巴楞矿区冻岩土的力学性质及实验结果?#27835;?
(3)以冻结岩土室内试验参数为基础,依据现有理论和工程实际进行冻结壁设计;
(4)通过采用有限元?#27835;?#36719;件ANSYS对冻结壁温度进行数值模拟,?#36152;?#30456;应冻结壁温度场和应力场的特性,以此并对工程?#26800;?#20923;结壁发展情况进行推测;
(5)内蒙古巴楞煤矿冻结方案设计优化。
(6)基于内蒙古巴楞矿工程实例,总结新经验、?#36152;?#26032;方法。
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2工程概况

2.1工程简介
山西晋煤集团鄂托克前旗恒源投资实业有限责任公司?#24459;?#28023;庙矿区巴I}井田位于内蒙古的中南部,黄河河套鄂尔多?#21476;?#22320;西北部,处于内蒙古自治区与宁夏回族自治区的?#23588;?#22320;带,行政区划隶属鄂托克前旗?#24459;?#28023;庙镇管辖。该井田由?#26412;?#22278;之翰煤炭工业设计有限公司设计,井田内设主、副、风三个井筒,立井开拓,冻结法施工。
恒源投资实业有限责任公司巴愣矿井及选煤厂项?#32771;?#30001;“国家发展和改革委员会能煤函[2008] 110号”文批?#32426;?#24847;开展前期工作,是晋煤集团在山西省外投资建设的第一座大型现代化矿井,是晋煤集团2012年十五项重点工程之一,矿区煤炭?#35797;?#20648;量约224363万吨,年生产能力为800万吨,服务年限83.1年。淮南工程处负责承建内蒙古巴愣煤矿副、风井冻结工程,是淮南工程处在省外中标的一个超过2亿元的工程,中煤特凿集团负责冻结法施工。
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3 冻岩土性能............ 23-39
3.1 概述......... 23-24
3.1.1 试样的采集.................... 23-24
3.1.2 试样的制备...................... 24
3.2 冻岩土单轴...........24-28
3.2.1 冻岩土单轴抗...................24-26
3.2.2 冻岩土的..............26
3.2.3 岩土的泊..................26-27
3.2.4 冻岩土应力.............. 27-28
3.3 冻岩土单轴蠕......................28-30
3.3.1 试验方法................... 28-29
3.3.2 试验结果...................... 29-30
3.4 冻岩土冻胀............. 30-32
3.4.1 试验方法........................ 30
3.4.2 冻胀实验结....................... 30-32
3.5 冻岩土导热系............... 32-33
3.5.1 导热系数测定...................... 32
3.5.2 比热容测定.................. 32-33
3.6 冻结温度实验...... 33-34
3.6.1 实验标准....................... 33
3.6.2 冻结温度...................... 33
3.6.3 冻结温度实..................... 33-34
3.6.4 冻结温度.............. 34
3.7 三轴抗压强..................... 34-37
3.7.1 实验标准与..................... 34-35
3.7.2 三轴剪切实............35-36
3.7.3 破坏应力圆................. 36-37
3.8 小结 ......................37-39
 
4冻结方案优化设计
 
4.1工程概况
内蒙古巴愣煤矿风井井筒净?#26412;?.0米,开挖?#26408;?#20026;9.3米。表土段厚度为233.54米,其中上部松散层厚度73.74米,?#23383;料?#22320;层厚度达239.15米,其底部深度为472.69米。下部地层含水量较小,其中472米处的砾岩含水?#24335;?#20026;0.76200米处钙质粘土的单轴抗压强度偏低、蠕变特性显著和砾石层厚度大、粒径大等因素均会增加冻结难度。
1、本区地层不稳定地层?#35013;?#22475;深达470多米,其中?#23383;料?#21402;度大,且含有巨厚砾岩层。
2、本区地层冻土强度普遍较低,其中表土层底部钙质粘土冻土单轴抗压强度仅为3.48 MPa,侏罗系局部泥岩一15℃冻土单轴抗压强度仅为5.34 MPao
3、本区水文地质条件复杂,表土层地下水位埋深为46m,上部地层不含水,冻结困难;基岩段砂、砾岩为本区主要含水层,属于孔隙裂?#20923;?#21387;水。
4、本地区隔水层位主要有:
侏罗系中?#25345;?#32599;组泥岩隔水层,岩性以泥岩、砂质泥岩及互层为主,泥?#26102;?#20363;一般达43%左右,组成厚度较大相对稳定的复合隔水层。
侏罗系中统延安组泥质岩隔水层,在延安组煤系地层中,泥质类岩石比较发育,但它们在煤层及含水层间呈互层状产出,一般厚度不大,只在局部地段呈厚层状,构成相对隔水层。
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结论
工期,具有较大的推广应用价值。本论文以内蒙古巴愣矿风井工程实例为背景,采用该矿区实际的地质与水文条件,通过理论?#27835;?#23545;巴愣矿风井进行冻结方案的设计与优化,并在此基础上,采用大型有限元?#27835;?#36719;件ANSYS对冻结壁温度场进行数值模拟,?#36152;?#20197;下主要结论:
1、本区地质条件复杂,?#23383;料?#21402;度大,且含有巨厚砾岩层。地处毛乌素沙漠的西南边缘,生态环境脆弱,水?#35797;?#23453;贵,所以要做好水?#35797;?#30340;保护和综合利用。
2、通过?#27835;?#35813;矿区地质土的物理及力学性质,我们可以?#36152;?#22914;下结论:
1)总体上说,地质土的单轴抗压强度随着温度的降?#25237;?#22686;大,冻土单轴抗压强度与冻土的含水率呈正比关系。砾石单轴抗压强度受温度影响不大,其他岩石温度降低单轴抗压强度随增加较为明显。
2)地质土的冻结土样破?#24403;?#24418;在4%-7%之间,冻结岩石样破?#24403;?#24418;在2%-5%之间,应?#36152;?#20998;重视冻结壁的小应变破坏。地质土的冻结土样在1-3小时内基本失稳,冻结岩石样在3}5小时内基本失稳,施工设计时应引起重视。
参考文献(略)

原文地址:http://www.khyfdv.tw/civil/10810.html,如有转载请标明出处,谢谢。

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