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近年来,随着国民经济迅猛发展,我国对于煤炭资源需求的日益增长,浅部煤层己经充分开发,新建矿井毋容置疑地将穿越深厚表土层中。人工冻结法建井技术作为深厚表土层凿井常用的一种施工方法,通常情况下,由于多种原因冻结管会随着冻结深度的增加而产生断裂,轻则出现矿井常见灾害,重则危及人身安全。几十年来,采用人工冻结法建井中超过90%井筒出现过冻结管断裂现象。因此对冻结管断裂机理的研究和冻结管断裂防治成为冻结法凿井技术的一个关键问题。 国投新集能源股份有限公司杨村煤矿在工业广场内设主、副、风三个井筒,表土段、基岩风化带等采用人工冻结法施工。其副井设计人工冻结深度725m,冻结段最大井壁厚2.303m,副井穿越地层水文地质条件十分复杂,不仅包含砂层、砂砾层,还包含粘土层,尤其是膨胀性粘土层。其中穿越第四系段有两层厚度分别为20.7m(378.2m~398.9m)和38.05m(407.3~445.35m)的特厚砂质粘土层。在掘进至411m以下时,发生了15根冻结管断裂现象。本文针对407.3m~445.35m段特厚砂质粘土层进行分析,通过室内试验得出冻土相关试验参数(冻结管接头试验和冻土的物理力学性能试验),利用 ABAQUS有限元软件模拟冻结管受力,最后与实际现场监测情况相结合的方法,找出冻结管断裂的主要原因,并提出指导性意见以便对矿井后期建设提供参考。 本文中通过有限元分析结果与工程实测基本吻合。因此可以作为参考指导其他矿井的建设。