洛河组砂岩地层立井冻结施工安全评价及灾害控制技术研究

发布时间：2018-12-08 15:33

【摘要】：随着煤炭开采深度的增加,煤层赋存的地质条件也愈加复杂,矿井施工面临众多技术难题。其中,最为典型的即是井筒穿越深厚富水软弱砂岩,而其它地层立井冻结设计中常用的设计参数及经验在软岩特别是洛河组砂岩地层立井冻结设计中已不再适用。因此,以陕西彬长某矿立井冻结施工为工程依托,采用室内试验、理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,对西部软岩地层中最深厚、最典型的洛河组砂岩地层立井冻结施工评价及灾害控制技术进行了系统研究,取得了具有一定理论价值和实际意义的创新性研究成果,主要有:⑴分析得到洛河组砂岩地层立井冻结施工风险的主要影响因素。在深入分析洛河组砂岩的地层结构和物理力学特性的基础上,对洛河组砂岩地层立井冻结施工过程中的风险进行分类,并提出了冻结施工过程中存在着工程地质与水文地质、地层荷载以及施工技术等不同条件而产生的主要风险及其影响因素,对确保井筒冻结工程的优化设计和安全高效施工具有积极的指导作用。⑵研究得出洛河组砂岩地层立井冻结壁变形的理论计算公式和一定冻结壁厚度条件下相关施工参数的安全界限。1)通过分析不同条件下立井冻结壁变形计算方法,推导得出洛河组砂岩地层立井冻结壁变形的理论计算公式,并以陕西彬长某矿立井冻结施工为工程依托,得出了该矿立井冻结壁变形与时间的关系曲线;2)建立了洛河组砂岩冻结壁厚度与各影响因素的回归拟合计算公式,给出了冻结壁厚度一定条件下相关施工参数的安全界限,并结合现场实测数据,验证了其准确性。⑶通过对洛河组砂岩地层立井冻结施工过程进行数值模拟分析,建立了冻结壁最大径向位移多因素计算公式。根据建立64个计算模型,对洛河组砂岩地层初始状态下30d、60d、90d及120d立井冻结的模拟,直观地展现了冻结壁的形成过程,同时对不同井筒掘进段高、冻结温度及冻结壁厚度条件下的冻结壁最大位移进行了数值分析,进而建立了冻结壁最大径向位移多因素计算公式,其计算结果与陕西彬长某矿立井冻结壁变形实测结果基本一致,对该地区同类地层条件下立井冻结施工具有积极的参考价值。⑷提出了洛河组砂岩地层立井冻结施工风险预测方法。基于神经网络基本原理建立了洛河组砂岩地层立井冻结施工信息的单点预测模型,结合陕西彬长某矿洛河组砂岩地层井筒冻结工程,对影响立井冻结施工风险的关键参数进行了工程预报,预测结果与现场实测结果基本吻合,预测方法准确度较高,适用性较强,为现场冻结施工方案及其参数的合理确定提供了可靠的参考依据。⑸建立了洛河组砂岩地层立井冻结施工安全评价模型。在分析工程施工常用安全评价方法和洛河组砂岩地层特点的基础上,采用模糊综合评判理论,综合考虑冻结壁强度、冻结壁厚度、冻结壁温度、井筒掘进段高、地下水渗流、冻结地层压力、冻结管偏斜及停电时间等主要风险因素,建立了洛河组砂岩地层施工安全综合评判方法,并在此基础上提出了洛河组砂岩地层立井冻结施工灾害控制措施,对洛河组砂岩地层立井冻结施工安全评价和灾害控制具有积极意义。
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【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD265.3

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本文编号：2368581