深井冻结壁与井壁协同效应的数值模拟与实测对比

本文主要探讨了深井冻结壁与井壁的共同作用，这一主题在煤炭工程技术领域具有重要意义，特别是在人工地层冻结法的应用中。人工地层冻结法由德国工程师P.H.Poetsch在1880年提出，已成为我国煤田广泛使用的凿井方法。冻结壁作为临时支撑结构，其承载能力不应纳入永久井壁设计，但对井壁的设计却有直接影响，尤其是在深厚表土层的冻结凿井过程中，冻结壁与井壁之间的相互作用力构成井壁的重要承载负荷。 顾北矿副井作为研究案例，是一座大型新建矿井，位于淮南潘谢新区，设计生产能力高达4.0 Mt/a。井筒直径达到8.4m，冻结深度500m，是当时冻结深度和井筒直径较大的矿井之一。井壁采用双层现浇钢筋混凝土复合结构，其中冻结壁设计为10m厚，井筒掘砌高度为2m。施工采用人工冻结法，采用外圈孔、主圈孔和内圈孔的冻结布置，配合防片帮孔，确保施工过程中的稳定性。 研究中，现场实测数据与FLAC3D有限元软件的数值模拟相结合，提供了深入的理解。实测结果显示，冻结压力在初期呈现明显的线性增长，随后逐渐放缓并趋于稳定。数值模拟验证了冻结壁与井壁的协同工作，冻结压力主要由井壁的钢筋混凝土承受，模拟结果与实测数据良好吻合。这不仅证实了井壁设计的安全性和稳定性，也对冻结壁的合理设计提供了科学依据。 通过对比分析，研究者揭示了冻结壁与井壁共同作用的动态过程，并强调了在深井建设中，精确计算和理解这种作用对于确保施工安全和井壁耐久性的必要性。这种方法对于类似规模的矿井建设和类似地质条件下的地下工程都有着实际的指导意义，促进了工程实践中的理论和技术进步。