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水力耦合下弱胶结砂岩力学特性及本构模型研究
1
作者 李欣慰 姚直书 +2 位作者 陆路 黄献文 叶明 《地下空间与工程学报》 北大核心 2026年第1期60-71,共12页
水力耦合作用是造成围岩失稳和涌水灾害的重要因素。利用TAW-2000型岩石力学测试系统对白垩系弱胶结红砂岩进行水力耦合试验,分析了不同渗透水压和围压作用下红砂岩的非线性力学特性和强度特征,探索了渗透水压对红砂岩的劣化机理;结合... 水力耦合作用是造成围岩失稳和涌水灾害的重要因素。利用TAW-2000型岩石力学测试系统对白垩系弱胶结红砂岩进行水力耦合试验,分析了不同渗透水压和围压作用下红砂岩的非线性力学特性和强度特征,探索了渗透水压对红砂岩的劣化机理;结合有效应力原理、D-P强度准则和应变等价性理论,建立了反映水力耦合作用的损伤本构模型。结果表明:围压限制裂纹扩展,对力学性质起到强化作用,随着围压的增大,红砂岩的强度、弹性模量增大,泊松比降低;随着水压增大,红砂岩的强度、弹性模量降低,泊松比增大,表现出明显的软化效应;红砂岩黏土矿物含量少,胶结能力弱,在水压作用下颗粒间的胶结物溶解,丧失胶结强度,导致黏聚力大幅下降,丧失胶结强度是红砂岩软化的内在原因;本文建立的本构模型适用于常规三轴试验和水力耦合试验,能够较好地描述红砂岩的应力-应变关系和损伤演化规律;随着参数m增大,岩石塑性变形能力减弱,随着参数F_0的增加,岩石抵抗破坏和变形的能力增强。 展开更多
关键词 弱胶结砂岩 水力耦合 力学特性 D-P准则 本构模型
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考虑时间效应和水压影响的井壁与围岩相互作用分析方法
2
作者 陈斌 莫品强 +2 位作者 丁昱琪 王子元 周国庆 《施工技术(中英文)》 2026年第1期106-113,共8页
随着西部煤炭资源开采逐步向深部进军,复杂围岩环境中立井井筒的设计与施工正面临前所未有的挑战。结合岩土介质小孔扩张理论,基于黏弹塑性围岩特性分析了围岩在卸载过程中的力学行为,构建了考虑时间效应和水压影响的井壁与围岩协同承... 随着西部煤炭资源开采逐步向深部进军,复杂围岩环境中立井井筒的设计与施工正面临前所未有的挑战。结合岩土介质小孔扩张理论,基于黏弹塑性围岩特性分析了围岩在卸载过程中的力学行为,构建了考虑时间效应和水压影响的井壁与围岩协同承载分析方法。通过研究围岩性质、地层埋深、外壁水压等多因素对井壁荷载的综合影响,揭示了立井井壁与围岩相互作用的复杂机制。针对西部地区特有的地质条件和工程需求,提出了一种考虑井筒安全系数的井壁优化设计方法,为保障矿井安全提供坚实的理论和技术支撑。 展开更多
关键词 深地工程 矿井 井壁 围岩 时间效应 协同承载
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煤矿超深立井井壁设计关键技术研究与应用
3
作者 冯冠学 周晓敏 +1 位作者 陈金明 付腾飞 《建井技术》 2026年第1期1-6,31,共7页
随着我国中东部地区浅部优质煤炭资源日趋枯竭,煤炭资源开发向深部转移已成为保障国家能源安全的战略选择。超深立井(深度超过千米)作为开拓深部资源的关键通道,其井壁结构面临高地压、高水压、高地温以及复杂地层(易胀缩土层、易失稳... 随着我国中东部地区浅部优质煤炭资源日趋枯竭,煤炭资源开发向深部转移已成为保障国家能源安全的战略选择。超深立井(深度超过千米)作为开拓深部资源的关键通道,其井壁结构面临高地压、高水压、高地温以及复杂地层(易胀缩土层、易失稳岩土层、难注浆地层、难冻结地层)的严峻挑战。传统井壁设计理论,如基于拉麦公式的《煤矿立井井筒及硐室设计规范》(GB 50384—2016),在超深条件下存在将井壁与围岩割裂、荷载取值困难、水压折减系数范围宽泛、大深度冻结压力无据可依等问题,导致计算井壁厚度过大(常超过2.0 m),甚至无法施工。为解决这一制约行业发展的关键技术难题,系统研究并提出了“井壁与围岩共同承载”新理论,建立了相应的力学模型与井壁厚度计算表达式。在磁西一号矿井副立井(亚洲第一深井,1 341.6 m)设计中,主要应用“井壁与围岩共同承载”新理论,将千米以深井壁厚度从传统计算的2.2 m优化至0.8~0.9 m。在西部地区葫芦素矿井(主井φ9.6 m,副井φ10.0 m)设计施工中,实现了井壁厚度减薄,主、副井节约投资1.1亿元。工程实践验证了新理论的正确性与先进性,为煤矿深部井筒建设提供了全新的技术路径,推动了行业技术进步。 展开更多
关键词 深部煤炭资源开发 超深立井 井壁设计理论 协同承载理论 井壁厚度优化
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通风井施工过程中的高精度测量方法分析
4
作者 李健 《中国金属通报》 2026年第2期86-88,共3页
矿山通风井作为地下工程的关键节点,其施工精度直接影响矿井通风效能与结构安全。本文系统分析全站仪三维坐标测量、激光扫描建模、光纤传感等技术的工程适配性,揭示粉尘干扰、设备衰减、数据异构等实施瓶颈,提出环境适应性提升、设备... 矿山通风井作为地下工程的关键节点,其施工精度直接影响矿井通风效能与结构安全。本文系统分析全站仪三维坐标测量、激光扫描建模、光纤传感等技术的工程适配性,揭示粉尘干扰、设备衰减、数据异构等实施瓶颈,提出环境适应性提升、设备智能协同、作业流程标准化等优化策略。研究表明,通过多源数据融合与智能分析模型迭代,能够显著提升测量精度与工程风险预控能力,为矿山深部施工提供可靠的空间信息保障。 展开更多
关键词 矿山通风井 高精度测量 施工安全 智能监测 误差控制
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基于潮汐作用下冻结壁温度发展规律研究
5
作者 刘玲霞 《科学技术创新》 2026年第4期75-79,共5页
滨海地区进行冻结法施工时,其冻结效果易受地下水渗流的影响,冻结壁的温度发展受潮汐作用的影响较大,导致冻结时间延长,影响施工质量。亟需探究潮汐作用影响下冻结壁的温度发展规律。以福州地铁工程为背景,基于COMSOL Multiphysics软件... 滨海地区进行冻结法施工时,其冻结效果易受地下水渗流的影响,冻结壁的温度发展受潮汐作用的影响较大,导致冻结时间延长,影响施工质量。亟需探究潮汐作用影响下冻结壁的温度发展规律。以福州地铁工程为背景,基于COMSOL Multiphysics软件建立数值模型,分析相反渗流方向下最大渗流速度对冻结壁温度发展规律。结果表明:当相反渗流方向的最大渗流速度不等时,随着最大渗流速度越大,冲击面和冻结管的中间位置的温度发展速度减缓,而冲击背面的温度发展速度增快,不利于冻结壁温度发展;且在渗流出现潮汐性变化后,较单向渗流而言,冻结壁温度发展速度降低速率更快,冻结壁温度场受渗流影响明显减弱,冻结壁温度发展更为均匀。 展开更多
关键词 冻结法 数值模拟 潮汐作用 渗流速度
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冶金矿山地上地下同步施工井筒改绞技术探究
6
作者 要智勇 《矿业工程》 2026年第2期14-18,23,共6页
为了实现矿山基建期间主井井塔楼与溜破系统同步施工的目标,通过对主井临时提升系统改绞施工技术的研究与实践,实现了矿山基建期地上地下同步开工建设并缩短矿山基建关键路线工期的目标。
关键词 基建期 改绞技术 提升系统
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基于深度学习的井筒变形预测模型与应用 被引量：5
7
作者 刘辉 李国强 +4 位作者 朱晓峻 张鹏飞 程桦 王金正 李培帅 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期732-747,共16页
近年来我国东部矿区发生了多起立井井筒倾斜变形及破损灾害,严重影响了矿井安全与生产。针对厚含水松散层深立井倾斜破损灾害,以鲁南某矿深立井井筒(800 m)为研究对象,开展了井筒倾斜变形监测,研究了井筒倾斜时空变化特征,分析了井筒倾... 近年来我国东部矿区发生了多起立井井筒倾斜变形及破损灾害,严重影响了矿井安全与生产。针对厚含水松散层深立井倾斜破损灾害,以鲁南某矿深立井井筒(800 m)为研究对象,开展了井筒倾斜变形监测,研究了井筒倾斜时空变化特征,分析了井筒倾斜主要影响因素;在此基础上,基于深度学习理论,综合采用循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)、一维卷积神经网络(1DCNN)四种经典深度学习方法,构建了井筒倾斜变形预测模型,并将预测结果与实测值进行对比,分析了井筒变形预测模型精度,研究了井筒整体和关键区域预测效果,验证了模型可靠性,并开展了工程应用。研究表明:①井筒倾斜主要发生在松散层,倾斜值由浅到深线性减小、并偏向采空区一侧,最大为352 mm,基岩层变形较小,最大为88 mm;开采引起厚松散层变形传播范围增大、底部含水层沿井壁渗流疏水及地下水渗流场的变化是导致井筒倾斜变形的主要原因。②模型与实测值Spearman相关系数最大为0.978,最小为0.867,4种模型与现场实测偏移量的最大差值为0.043 m,平均绝对误差E_(MA)在0.003~0.009 m内,均方根误差E_(RMS)在0.004~0.011 m内,整体预测效果以1 DCNN模型最优,主要倾斜方向(偏向采空区一侧的东西方向)预测精度略低于变形量较小的方向(南北方向),且均能够满足工程需要。③井筒整体预测曲线与实际倾斜方向一致,井口、松散层基岩交界面E_(MA)与E_(RMS)平均值均为0.005 m、0.006 m,井底精度略低,其对应值为0.012、0.013 m,井筒特征区域与整体预测效果均表现良好,表明基于深度学习的井筒变形预测模型具有良好的预测能力,研究成果在井筒注浆修复治理工程中得到了有效应用,为井筒安全管理提供了技术参考和数据支撑,为类似工程提供了工程实践经验。 展开更多
关键词 煤矿立井 倾斜变形 深度学习 井筒预测 神经网络
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基于破岩比能的钻井法凿井侏罗系岩层可钻性分级方法 被引量：3
8
作者 程桦 王晓云 +2 位作者 姚直书 郭龙辉 林键 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第6期1229-1239,共11页
针对西部地区侏罗系泥质胶结岩层钻井法凿井破岩效率低下问题,开展该类岩层可钻性分级方法研究。测试西部地区典型侏罗系不同岩性的完整性系数、贯入度、脆性指数、硬度和磨蚀性指数等可钻性特征参数;分析岩石的荷载-贯入度曲线变化规... 针对西部地区侏罗系泥质胶结岩层钻井法凿井破岩效率低下问题,开展该类岩层可钻性分级方法研究。测试西部地区典型侏罗系不同岩性的完整性系数、贯入度、脆性指数、硬度和磨蚀性指数等可钻性特征参数;分析岩石的荷载-贯入度曲线变化规律和破坏形态,以及贯入度与主要可钻性特征参数间的关系,给出破岩比能SE与地下工程岩体质量指标[BQ]的关系式;基于《标准》分级框架,提出以破岩比能SE和岩石可钻性特征参数作为分级指标的侏罗系岩石可钻性分级方法。研究表明,侏罗系岩石贯入曲线可分为非线性压密、密实核形成和发展、裂隙扩展及峰后破坏4个阶段,且具有显著的塑性破坏特征;破岩比能SE与岩石单轴抗压强度、岩体完整性系数、硬度、磨蚀性指数CAI呈正相关,与脆性指数呈负相关;基于西部矿区某中央回风立井钻井法凿井工程钻进数据,验证了提出的侏罗系岩石可钻性分级方法的有效性和准确性。研究结果可为西部矿区侏罗系岩层钻井法凿井可钻性评估预测,以及类似条件高效钻进技术研究提供有益参考。 展开更多
关键词 钻井法凿井 侏罗系岩层 贯入试验 比能 可钻性
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深立井钻井法凿井超高强钢筋RPC井壁力学特性 被引量：2
9
作者 姚直书 方玉 +2 位作者 程桦 许永杰 王佳奇 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第5期1029-1041,共13页
为解决我国西部地区深立井钻井井筒“一钻(扩)成井”的支护难题,提出采用新型超高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)井壁结构。首先,基于量纲分析法推导超高强钢筋RPC井壁结构模拟试验相似准则;搭建井壁模型三轴加载与测试系统,并以C70高强钢... 为解决我国西部地区深立井钻井井筒“一钻(扩)成井”的支护难题,提出采用新型超高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)井壁结构。首先,基于量纲分析法推导超高强钢筋RPC井壁结构模拟试验相似准则;搭建井壁模型三轴加载与测试系统,并以C70高强钢筋混凝土钻井井壁为对照组,开展标准养护和蒸压养护制度下的相似模型试验,研究该新型井壁的力学特性与破坏特征。结果显示,超高强钢筋RPC井壁的混凝土环向应变较C70钢筋混凝土钻井井壁增加82.97%~119.02%,呈现典型延性压剪破坏特征,且在外荷载作用下RPC抗压强度提高系数达到1.226~1.339。然后,利用Bresler八面体应力理论建立超高强RPC强度准则及抗压强度提高系数计算公式,结合量纲理论与回归分析法构建新型井壁极限承载力计算公式。最后,结合因素定量分析发现,钢筋配筋率对新型井壁极限承载力提高贡献有限。同等条件下,采用新型超高强RPC140筑壁材料较C70高强混凝土,钻井井壁承载力提高69.3%、支护深度增加65.1%。研究结果对实现我国西部地区深立井钻井井筒快速施工具有重要工程应用价值。 展开更多
关键词 深立井井筒 钻井法凿井 RPC 超高强钻井井壁 力学特性
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硬岩竖井全断面掘进关键技术与应用
10
作者 无 杨仁树 +13 位作者 刘炳宇 杨立云 马飞 姚满 徐辉东 丛峰武 康一强 郭志东 龚敏 左进京 马鑫民 段云 满东辉 陈宏伟 《中国冶金》 北大核心 2026年第2期202-202,共1页
编号:2025337获奖等级:壹等项目简介:项目所属科学技术领域为井巷工程。竖井是进入地下空间的关键通道,采用竖井全断面掘进技术代替传统钻爆法,实现安全、绿色、高效的机械化凿井,是建井行业的发展目标。竖井全断面掘进涉及机械、电气... 编号:2025337获奖等级:壹等项目简介:项目所属科学技术领域为井巷工程。竖井是进入地下空间的关键通道,采用竖井全断面掘进技术代替传统钻爆法,实现安全、绿色、高效的机械化凿井,是建井行业的发展目标。竖井全断面掘进涉及机械、电气、岩土、材料等多个专业领域,技术集成度高、攻关难度大,尤其是竖井掘进中的岩层探识、岩石破碎、岩渣集运和岩体支护等关键技术尚不成熟,严重影响综合掘进效率,阻碍竖井全断面掘进技术的推广应用,制约竖井施工机械化与智能化水平的提升。本项目在国家“十四五”重点研发计划“千米竖井硬岩全断面掘进机关键技术与装备”的支持下,依托西鞍山铁矿辅助井和四川沿江公路火山隧道通风竖井工程开展科技攻关,取得如下创新成果。 展开更多
关键词 岩渣集运 岩体支护 岩石破碎 竖井全断面掘进
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基于C-S双液浆含水层注浆的井壁应力响应研究
11
作者 赵光思 王正宇 +2 位作者 杨欢 史朝阳 陈子轩 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第6期1240-1251,共12页
含水层注浆加固是防治立井井壁因周围含水层疏水沉降而破裂的有效方法。采用水泥-水玻璃(C-S)双液浆,依据浆液凝胶时间及其结实体抗压强度正交试验结果,确定C-S双液浆在含水层注浆加固中的最优配比;在此基础上,建立FLAC^(3D)数值模型,... 含水层注浆加固是防治立井井壁因周围含水层疏水沉降而破裂的有效方法。采用水泥-水玻璃(C-S)双液浆,依据浆液凝胶时间及其结实体抗压强度正交试验结果,确定C-S双液浆在含水层注浆加固中的最优配比;在此基础上,建立FLAC^(3D)数值模型,探究不同注浆时机下加固距、注浆压力参数和加固区作用对井壁应力状态的影响。研究结果表明:水玻璃浓度40°Bé、水灰比0.75、水泥水玻璃体积比1∶0.03的浆液配比,既能在含水层注浆加固中发挥水玻璃催化反应作用,又能保持结石体的一定强度;中部含水层(中含)疏水沉降造成的井壁竖向应力随深度增加呈非线性增大,且对井壁附加力的影响范围大于底部含水层(底含);中含注浆的最佳加固距为2~5倍井壁外径,此范围内注浆可有效降低井壁竖向应力;结合加固距和井壁竖向应力增长率的变化,中含压缩量达到井壁外径的7.5%时是进行注浆加固的最佳时机。研究可从浆液配比、加固范围和加固时机等方面,为特殊工况下围土注浆防治井壁破裂工程提供理论支撑。 展开更多
关键词 防治井壁破裂 注浆加固 C-S双液浆 FLAC^(3D) 井壁应力
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矿山立井施工智慧工地平台系统的应用
12
作者 陈伟强 《内蒙古煤炭经济》 2026年第1期109-111,共3页
本文介绍在立井井筒施工中,利用智慧工地平台系统,实时展示矿山立井施工现场管理信息状况,实现系统智能化管理。该系统可对安全检查、质量验收、人员违规行为进行动态监督与智能管控,实现对施工现场各系统运行状态的实时监控、远程发现... 本文介绍在立井井筒施工中,利用智慧工地平台系统,实时展示矿山立井施工现场管理信息状况,实现系统智能化管理。该系统可对安全检查、质量验收、人员违规行为进行动态监督与智能管控,实现对施工现场各系统运行状态的实时监控、远程发现、设备故障诊断和线上检查与监管,实现立井施工信息化、智能化、高效化和安全化管理。 展开更多
关键词 矿山 立井施工 智慧工地 管理
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中国立井冻结井壁技术的发展与展望 被引量：6
13
作者 杨维好 黄书翔 +8 位作者 王衍森 李伟 杨志江 任彦龙 韩涛 张驰 张涛 骆汀汀 张雨 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期92-114,共23页
分析了“深部化”和“大型化”趋势对中国深井井筒的设计、施工与运维带来的严峻挑战。总结经验教训,指出冻结法是复杂条件下深井井筒施工最主要的地层堵水与加固工法。回顾了2002年以前国内外冻结井壁技术的状况。概述了2002年以来我国... 分析了“深部化”和“大型化”趋势对中国深井井筒的设计、施工与运维带来的严峻挑战。总结经验教训,指出冻结法是复杂条件下深井井筒施工最主要的地层堵水与加固工法。回顾了2002年以前国内外冻结井壁技术的状况。概述了2002年以来我国在400~800 m深厚土层中和在500~1000 m深厚富水岩层中冻结井壁技术取得的重大突破及其应用情况,包括:冻结井筒C60~C100、CF80~CF110高承载力混凝土井壁设计与施工技术,深厚土层中冻结井壁破裂灾害防治技术,深厚富水岩层中低渗漏单层井壁技术等。针对2002年以来中国冻结井壁技术的发展,总结了井壁材料的进步;介绍了横截面、纵剖面井壁结构的发展;归纳了对土层的初始水平水土压力、内层井壁承受的水压、冻结压力、富水岩层中孔隙水引起的井壁水力荷载、井壁竖直附加力等的新认识;简述了井壁力学模型,高径向承载力井壁和内层可缩井壁的力学特性,双层复合井壁之内、外壁厚度的设计理论,含水岩层中单层井壁厚度的设计理论和内层可缩井壁的设计理论等的新进展;介绍了大厚度井壁裂漏机理及防裂技术、井壁腐蚀破坏及防治技术、信息化施工技术,以及内层可缩井壁和低渗漏单层井壁的施工工艺。针对我国在1500 m超深土层中以及3000 m深厚富水岩层中冻结井壁技术将面临的挑战,指出应重点研究:深厚土层中冻结井筒掘进期间浅部外壁破裂新机理,超深土的力学特性,高强、高性能筑壁材料与构件,超高承载力井壁结构及其力学特性,超深冻结井壁设计理论与施工技术等。 展开更多
关键词 深厚土层 深厚富水岩层 立井 冻结法凿井 冻结井壁 井壁结构 井壁材料 井壁外载 冻结壁 力学特性 设计理论 施工技术
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竖井扩孔掘进接收段岩体安全高度的研究
14
作者 房生辉 陈志强 《中国金属通报》 2026年第2期55-57,共3页
矿山SBE竖井扩孔掘进机以“反井钻机导井+扩孔掘进机扩井”,全机械化施工,设备自动下降掘进岩渣通过导向孔自溜至竖井井底,易于实现智能化机械凿井,将工作人员从恶劣的井筒施工环境中解脱出来,操作员在控制室的安全环境中控制和监视所... 矿山SBE竖井扩孔掘进机以“反井钻机导井+扩孔掘进机扩井”,全机械化施工,设备自动下降掘进岩渣通过导向孔自溜至竖井井底,易于实现智能化机械凿井,将工作人员从恶劣的井筒施工环境中解脱出来,操作员在控制室的安全环境中控制和监视所有操作。施工过程中为方便出渣下平洞先于竖井贯通,设备钻至下平洞顶部时采用预留岩体的方式支撑整机设备的重量,拆除竖井扩孔掘进机后将剩余岩体利用钻爆的方式开挖,最终完成整条竖井的贯通。本文内容从具体工程案例及地质条件,对岩体预留安全高度进行计算分析。 展开更多
关键词 竖井扩孔掘进机 竖井扩挖 预留安全高度
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地浸采铀高强度玻璃钢套管性能研究 被引量：2
15
作者 李宏星 侯代稳 +3 位作者 原渊 廖文胜 杜志明 邓锦勋 《铀矿冶》 2025年第3期76-81,共6页
地浸采铀工艺套管需兼顾防腐性能和耐压性能。针对致密砂岩型铀矿床复杂的地质条件,对比研究了UPVC、碳钢和玻璃钢三种材质套管的性能。研究表明,UPVC套管防腐性好,但耐压性差;碳钢套管耐压性好,但易腐蚀且成本高;玻璃钢套管防腐性、耐... 地浸采铀工艺套管需兼顾防腐性能和耐压性能。针对致密砂岩型铀矿床复杂的地质条件,对比研究了UPVC、碳钢和玻璃钢三种材质套管的性能。研究表明,UPVC套管防腐性好,但耐压性差;碳钢套管耐压性好,但易腐蚀且成本高;玻璃钢套管防腐性、耐压性和拉伸强度优异。在固井质量方面,玻璃钢套管、碳钢套管、UPVC套管与水泥的胶结强度分别为1.80、2.91、0.32 MPa,玻璃钢套管与水泥的胶结强度表现出明显优势。玻璃钢套管是致密砂岩型铀矿床地浸采铀工艺的最佳选择,能够满足防腐性能和耐压性能的双重要求,可保障钻井质量和使用寿命。 展开更多
关键词 玻璃钢套管 耐压性能 防腐性能 地浸采铀 UPVC套管
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竖井井壁结构设计理论研究现状及发展趋势 被引量：1
16
作者 陈弦 张基伟 +4 位作者 张佳鑫 吴卫东 潘锋 张叔胤 张忍杰 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期32-50,共19页
随着我国深部矿产资源开发需求的不断增加,竖井井壁结构设计理论面临着严峻的挑战。尤其是在千米级深井建设中,传统设计理论的滞后性与复杂的地质条件之间的矛盾日益突出,亟需进行系统的理论研究与技术创新,以满足深部资源开发的实际需... 随着我国深部矿产资源开发需求的不断增加,竖井井壁结构设计理论面临着严峻的挑战。尤其是在千米级深井建设中,传统设计理论的滞后性与复杂的地质条件之间的矛盾日益突出,亟需进行系统的理论研究与技术创新,以满足深部资源开发的实际需求。系统梳理了单层、双层及复合井壁结构的发展历程,深入分析了其在不同地层环境下的力学响应特征。在此基础上,总结了传统井壁结构在深部高地应力、高渗透水压及高温耦合作用下的失效机制,并进一步揭示了井壁—围岩相互作用机理。通过构建多参数耦合的井壁厚度优化计算模型,定量评估了埋深、围岩强度等关键参数对承载力的影响,明确指出了传统设计在千米级深井中安全冗余不足的问题。基于上述研究,提出了多维参数耦合分析模型,将地质受力评估、结构体系优化与井壁设计理论有机结合,为适应深部复杂地质条件提供了新型结构优化方案。同时,通过对比分析了国内外竖井井壁设计规范中载荷结构法的理论体系及其工程适用性,系统探讨了各规范基于厚壁圆筒理论的差异化设计准则。总结了拉麦公式在浅层匀质岩体中具有普适性,但在深部复杂地质条件下存在显著局限;多姆克公式虽然改进了冻结壁厚度计算方法,但是其结果与实际工程需求存在深度悖反现象;包神公式引入流固耦合作用机制,实现了技术突破;锚注结构衬砌支护公式通过预锚注技术实现围岩—支护协同承载,为千米级深竖井设计提供了创新路径和理论框架。研究表明:(1)相较于传统圆形断面,椭圆形竖井在深部建井工程中展现出显著的稳定性优势,其特有的应力重分布特性可有效降低岩爆等动力灾害发生概率。(2)现有井壁稳定性理论体系在千米级以浅竖井工程中已初步验证有效,但在千米级以深竖井应用中尚未系统涵盖高地应力与温度应力的多场耦合效应,在结构参数动态优化、非均匀地质适配及深部多场耦合效应解析精度等方面存在亟待突破的技术瓶颈。(3)现行井壁设计规范提高了竖井井壁的安全性能,可为高水压环境下的支护设计与施工提供指导。(4)通过构建考虑围岩—支护动态响应的预锚注初期支护力学模型,建立了基于三维数值仿真的锚注结构衬砌支护理论体系,为深部复杂地层支护设计提供了理论基础。在上述分析的基础上,剖析了深竖井工程在超2000 m深度面临以下挑战:传统理论难以解析高水压、高地温和复杂应力的耦合效应;二维模型在三维应力场中的精度不足;化学腐蚀导致的材料劣化缺乏完善的评价体系。“十五五”乃至更长一段时间内,竖井井壁结构设计的研究应聚焦于以下方面:研发自适应应力调控与纳米复合增强材料;构建数字孪生平台,实现全生命周期管控;推动低碳化转型,推广3D打印再生混凝土技术;突破深部恶劣环境下的长效服役技术,开发多层梯度复合材料井壁,并优化椭圆形井壁的应力调控机制,提升极端条件下井壁的耐久性和可靠性。上述分析对于破解深部竖井工程中高地应力、高温、高水压多场耦合作用下的井壁失效难题具有参考意义。通过建立多维参数耦合分析模型及新型复合井壁技术体系,为千米级深井井壁结构设计提供了理论基础。 展开更多
关键词 井壁结构 围岩荷载 水平地压理论 井壁与围岩相互作用 井壁厚度设计规范 椭圆形井壁
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中国立井人工地层冻结技术的发展与展望
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作者 杨维好 李伟 +8 位作者 王衍森 孟祥军 杨志江 任彦龙 韩涛 张驰 张涛 骆汀汀 张雨 《煤炭学报》 北大核心 2025年第10期4707-4728,共22页
在我国矿产资源和地下空间开发向深部进军的过程中,立井施工面临高土压、高地应力、高水压、高地下水流速和恶劣岩性等严酷条件,亟需突破凿井技术瓶颈制约。总结经验教训,指出冻结法是复杂条件下深井井筒施工最主要的地层堵水与加固工... 在我国矿产资源和地下空间开发向深部进军的过程中,立井施工面临高土压、高地应力、高水压、高地下水流速和恶劣岩性等严酷条件,亟需突破凿井技术瓶颈制约。总结经验教训,指出冻结法是复杂条件下深井井筒施工最主要的地层堵水与加固工法。回顾了2002年以前国内外冻结法凿井技术的状况;概述了2002—2022年在400~800 m深厚土层中和在500~1000 m深厚富水岩层中中国立井人工地层冻结技术取得的重大突破及其应用情况;总结了中国在冻结法凿井物理模拟试验装备,深埋人工冻土试验装备与方法,深土人工冻土力学,冻结岩石的力学特性,地层冻结制冷技术与装备,超深冻结孔施工技术与装备,多圈管冻结温度场变化规律,深厚土层中冻结壁的变形规律,深厚土层中冻结壁厚度的设计理论,深厚富水岩层中冻结壁厚度的设计理论,冻结管断裂新机理与预防技术,分圈异步冻结工艺,分圈控制冻结工艺,局部冻结工艺,深厚岩层中冻结孔固管封水技术,井筒与毗邻硐室联合冻结技术等方面的新进展。针对我国在1500 m超深土层以及3000 m深厚富水岩层中采用地层冻结技术将面临的挑战,指出应重点在-80℃深冷制冷技术及其配套材料与装备,深埋深冷人工冻土的力学特性,深埋深冷冻结壁的力学特性与设计方法,高精度超深定向冻结孔施工技术与装备,超深井筒冻结壁形成与维护新技术等方面开展攻关研究。 展开更多
关键词 深厚土层 深厚富水岩层 立井 冻结法凿井 地层冻结 人工冻土 冻结壁 冻结管 温度场 力学特性
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基于DT-CWT-LMS算法的煤矿井筒光纤监测数据自适应降噪研究
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作者 李子祥 蔡海兵 +1 位作者 程桦 侯公羽 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第1期158-168,共11页
为了解决在煤矿立井井筒监测现场应用中布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统信噪比低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,设计了基于双树复小波变... 为了解决在煤矿立井井筒监测现场应用中布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统信噪比低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,设计了基于双树复小波变换分解原始信号,并使用样本熵作为目标函数自动选择最优小波分解层数的模型,随后,使用LMS算法计算原始信号的自适应降噪阈值,并通过优化双曲余弦函数来改进LMS算法的收敛速度和收敛性。为了验证所提出算法的有效性,进行了BOTDR温度信号降噪实验,最后,依托山东省郭屯煤矿井筒监测项目,使用DT-CWT-LMS算法对光纤监测信号进行了降噪研究。实验结果表明,DT-CWT-LMS算法的降噪效果明显优于传统的小波阈值降噪方法,平均SNR指标提高了32.03%,平均RMSE降低了33.2%;现场研究结果表明,经过降噪后信号的样本熵平均降低幅度为64.75%,与光纤光栅传感器的数据对比相差在5%以内,说明信号中的背景噪声得到了有效的抑制。该研究为BOTDR技术在煤矿立井监测中应用提供了一种有效的信号降噪方法。 展开更多
关键词 井筒监测 信号降噪 分布式光纤技术 小波分析
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基于R/S分析法的井筒偏斜量监测数据分析研究 被引量：1
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作者 宾雄志 尹磊建 +1 位作者 袁帅 姜淑印 《建井技术》 2025年第1期85-90,58,共7页
针对厚表土层地区煤矿井筒偏斜及安全预警问题,采用光纤光栅倾角仪建立了井筒偏斜量监测系统,获得了井壁偏斜量的变化规律,采用R/S分析法对井壁偏斜量监测数据进行了深入分析。研究表明,光纤光栅倾角仪可用于井筒偏斜量的监测,监测时段... 针对厚表土层地区煤矿井筒偏斜及安全预警问题,采用光纤光栅倾角仪建立了井筒偏斜量监测系统,获得了井壁偏斜量的变化规律,采用R/S分析法对井壁偏斜量监测数据进行了深入分析。研究表明,光纤光栅倾角仪可用于井筒偏斜量的监测,监测时段内井筒最大偏斜量为0.1469 m,在安全范围内。R/S分析表明,监测数据的Hurst指数介于0.6094与0.9964之间,符合正偏随机游动过程,具有较强的正向持续性,未来一段时间内,井筒偏斜的发展过程将持续现有发展趋势。井筒偏斜量发展规律的最小观察时间尺度应不小于15 d。 展开更多
关键词 井壁监测 井筒偏斜 时间序列 重标极差 HURST指数
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考虑井壁结构与围岩相互作用的立井井筒力学分析方法
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作者 陈斌 莫品强 +2 位作者 李佳诚 王帅 周国庆 《煤炭技术》 2025年第6期35-40,共6页
针对立井井筒在复杂围岩下的受力特性,分析围岩“弹-黏-脆-塑性”变形及卸载状态演化。通过构建井壁结构与围岩协同承载模型,探讨井壁与围岩相互作用及其时间演化规律。考虑围岩性质、井壁厚度、施工工艺等多个因素,提出针对不同围岩特... 针对立井井筒在复杂围岩下的受力特性,分析围岩“弹-黏-脆-塑性”变形及卸载状态演化。通过构建井壁结构与围岩协同承载模型,探讨井壁与围岩相互作用及其时间演化规律。考虑围岩性质、井壁厚度、施工工艺等多个因素,提出针对不同围岩特性的井壁优化策略。增强井壁强度、调整厚度及浇筑间隔,发挥围岩变形的“让压”作用和内层井壁的结构作用,提升井筒安全与经济性。研究成果为复杂围岩下井筒设计施工提供理论依据和实践指导。 展开更多
关键词 立井井筒 围岩 相互作用 黏性 井壁荷载
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