金属矿山

作者：李方政,喻新皓,张基伟

单位：1. 煤炭科学研究总院,北京 100013;2. 北京中煤矿山工程有限公司,北京 100013;3. 北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083

关键词：深井建设,冻结法,温度应力,温度场,热弹性力学,大体积混凝土,

基金：国家自然科学基金项目(编号:51774183);国家自然科学基金青年基金项目(编号:51804157)。

为了研究不同时间节点深部冻结井壁早期温度应力变化规律,基于热传导原理与热弹性力学理论,推导了考虑冻结井壁温度演化过程与混凝土弹性模量变化的冻结井筒内壁早期温度应力解析解。 以红庆河煤矿一号风井 1. 7 m 厚壁座为例,分析了冻结井筒内壁早期温度应力的分布规律,确定了造成早期温度应力导致井壁裂缝高风险区的主要原因。 研究表明:① 早期径向应力 σr 整体表现为压应力, σr 最大可达-2. 2 MPa,且总体沿冻结壁向井壁内缘方向逐渐减小;在井壁任一位置处, σr 随着龄期的发展呈现先减小后增大的规律;② 早期环向应力 σθ 整体表现为压应力, σθ 最大可达-8. 98 MPa,趋向冻结壁时, σθ 先迅速减小;趋向内壁缘时, σθ 先增大后减小;③ 早期竖向应力 σz表现为压应力, σz 最大可达-19. 64 MPa,且整体随着龄期发展呈现先快速增大而后缓慢减小的规律;④ 建议未来进行冻结井壁温度应力理论计算时,应根据工程类比法,拟合出同类井壁温度演化过程公式进行求解。 在上述分析的基础上,提出了降低冻结井壁破裂风险的相关措施:① 减小井壁外缘侧与中心、内缘之间的温差;② 制备适用于冻结井筒的抗裂型混凝土。

来源：2023年第03期

《金属矿山》期刊编辑部

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