用缓凝水泥浆置换冻结孔内粘土浆的研究与应用

采用冻结法施工的立井井筒,有少数根据具体情况,需要一次冻全深。过去有个别一次冻全深的井筒在开凿马头门时,大量涌水和泥砂通过冻结管与围岩间的环形空间涌入井底,造成了淹井事故。为防止类似事故发生,提出了用缓凝水泥浆置换冻结孔内粘土浆的研究课题。在试验室试验取得初步成果后,首先在河南永城煤电（集团）公司新桥煤矿主井冻结工程施工中试用,之后又在黑龙江双鸭山矿区东荣一矿主、副井冻结工程施工中推广应用,均取得了很好的效果,保证了马头门等硐室的施工安全。该项技术具有推广应用价值。     

富水岩层井筒超长冻结自然解冻趋势与注浆技术

为避免巴拉素煤矿富水岩层立井井筒超长冻结自然解冻时发生水害事故,分析了立井井筒超长冻结自然解冻趋势,并采用射孔注浆技术封堵了冻结管外环形空间竖向导水通道。工程实践表明,自然解冻下冻结壁化冻慢,且具有差异性,从停冻之日起至冻结壁温度回升至0℃,最短时间约为100d;温度连续7d达到5℃以上时,方可进行射孔注浆作业,回升时间最短约为240d;实际单孔平均注浆量远大于理论计算值。通过分析立井井筒超长冻结自然解冻趋势并应用注浆技术,巴拉素煤矿立井井筒冻结管环形空间充填密实,无出水现象。     

营盘壕煤矿主井冻结孔环形空间井内注浆封堵技术

营盘壕煤矿主井采用全深冻结法施工,冻结壁融化后,会在冻结孔中上部孔壁与冻结管之间、井筒外壁与围岩之间形成导水的"环形空间",增加矿井排水费用,威胁矿井安全。由于缓凝水泥浆置换高度受限,导水通道未采用水泥浆封闭。通过对冻结孔"环形空间"进行注浆封堵,对井筒外壁与围岩之间进行壁后注浆充填,实现了对导水通道的有效封堵,收到了预期效果。     

高压力大流速富水软岩地层冻结技术

高家堡煤矿风井深820m,穿越厚度达380m的高水压、大流速深厚富水软岩含水层,最大涌水量达2 219.63m3/h,采用冻结法施工。为了确保冻结封水效果,采用一次冻全深方案,并采用"三大一小"施工方式,即大直径冻结管、大盐水泵、大装机制冷量、小开孔间距。冻结孔采用外、内圈孔插花加防片帮孔的布置方式。冻结初期,快速降低盐水温度,实现了冻结壁早交圈,井筒早开挖。利用部分冻结孔,对深厚含水层裂隙进行注浆充填加固,减小地下水流速,保证了冻结效果。该井筒冻结施工所取得的成功经验,可为西部富水软岩地层冻结法凿井设计和施工提供借鉴。     

套管冻结效果的实测与分析

张双楼矿西风井井筒全深３４６．１ｍ，其中表土段厚２７０ｍ，采用冻结法施工。冻段施工中，发生了冻管断裂漏盐水事故，之后采取套管法恢复冻结，并取得了成功。介绍了套管冻结设计、冻结效果与分析。     

兖州矿区冻结凿井技术

兖州矿区根据本矿的工程地质特点应用冻结技术已施工井筒３３个，在优化冻结设计、冻开挖控制，防冻结管断裂，以及冻结技术革新等方面，该矿区对其应用和发展进行了总结。     

千米立井大冻深快速凿井施工技术

在口孜东煤矿千米深冻结主井施工过程中,为使井筒安全顺利地穿过深厚冻结表土段和大段高冻结深风化基岩段,并快速建成大冻深千米立井工程,通过改进冻结法凿井机械化设备配套技术、优化井筒内的布局并加强井帮温度预测控制、提高掘砌质量速度和冻土挖掘能力、增加冻结壁承载能力等,有效解决了深井冻结地压大、大断面井筒施工速度慢、井壁易变形破坏和冻结管断管漏盐水等施工技术难题.井简掘砌速度连续3个月超130 m,最高月进尺达158.6 m.     

立井井筒停止冻结方案选择与实践

文章通过对若干个立井井筒停止冻结方案优缺点的分析,认为井筒内充水保护已成外层井壁的方案,是因客观原因在冻结段停止建设时,井筒停冻的最佳方案,一是为后续继续施工创造条件,二是可最大程度地减少资金浪费。     

采用全深冻结的立井井筒安全快速施工实践

以内蒙古乌审旗蒙大矿业集团虎豹湾煤矿副立井为例,简述采用全深冻结的立井井筒安全快速施工技术。因地质条件复杂,该井筒采用全深冻结,设计双层钢筋混凝土井壁结构,并设有3个壁座。井筒外壁掘砌施工期间有3个月单进超过140 m,井筒落底内壁套砌结束后施工相关硐室,并处理揭露的冻结管,对冻结管以外的空间进行注浆充填,保证了封水效果和施工安全,为类似工程施工提供了经验。     

冻结管常温和低温力学性能试验研究

随着井筒人工冻结法凿井深度的增加,用于输送盐水的冻结管断管事故时有发生。为了保证人工冻结法施工工程的安全,需要对冻结管及其接头部位在常温和低温条件下的力学特性开展试验研究。     

冻结法施工联络通道临时停冻对冻结施工的影响

目前在地铁联络通道冻结法施工中,对于因短暂时间停电、设备故障等原因造成的停冻影响,按有关规定,需延长2倍积极冻结时间,易于造成工程延期1~2d。北京地铁6号线玉带河大街站—郝家府站区间2号联络通道冻结过程中,因更换供液管而导致停冻。通过对停冻时的实测数据分析,结合数值模拟计算,得出了小于8h的短时间停冻对冻结施工基本无影响的结论,从而减少了非必要冻结时间,降低了人工和时间的不必要消耗。     

无隔水层片麻岩含水层冻结施工安全分析

对新集一矿西副井无隔水层片麻岩含水层冻结施工的安全性进行了分析。施工过程中,根据冻结壁发展状况提出延长冻结时间冻实井筒工作面的方法顺利通过无隔水层片麻岩含水层,确保了井筒掘砌施工安全,节约了井筒建设费用,为煤矿类似工程提供参考。     

斜井冻结技术在里必矿井筒施工中的应用与探索

为了井筒安全、快速穿过松散层及基岩强风化带富水性强的区域,根据地表水文地质、地质探测结果,结合井筒断面、支护设计及国内斜井施工水平,以安全可靠、经济节约、冻掘配合、服务掘进为原则,分析了冻结施工的难点,提出了解决对策。采用冻结真空隔热管技术、斜井冻结衔接段处理技术、斜井竖孔冻结两帮冻结壁固定梁模型计算方法,科学制定冻结方案,并在施工中提出采用斜井掘砌断面等效冻结时间及调控技术、冻结步进式投入方法,外排孔沿井筒走向串联,中排孔横向串联运行,分段冻结,分步投入。探索优化冻掘配合,取得了降低冻结成本10%,提高掘进效率15%的良好效果,对类似斜井局部冻结施工有一定的借鉴意义。     

寒区冻结工程利用自然冷能的空冷换热技术研究

西北地区冬季有着充沛的自然冷能。为了有效利用这种自然冷能进行井筒冻结,设计了翅片管式盐水空冷换热器;并在低温冷库内,进行了盐水空冷换热试验。结果表明:降低气温,可大幅提升空冷换热效果;增加空气及盐水流量,可小幅提升空冷换热效率。为评价空冷盐水的工程实用性,以地处锡林郭勒盟的鲁新煤矿主井井筒冻结工程为背景,对3种温度状态盐水形成的冻结壁温度场进行了数值模拟,结果表明:在相同孔间距下,准低温(-10~-15℃)盐水冻结壁交圈时间为人工制冷盐水的1.5~2倍,约占当地冬季时间的1/2;适度缩小孔间距后,冻结壁交圈时间与正常孔间距下的人工制冷盐水交圈时间相当。试验及数值模拟表明:寒区可以利用盐水空冷换热技术,开发利用自然环境冷能来进行井筒冻结。     

张集矿中央区井筒冻结法施工效果比较及认识

张集矿中央区主副风井地质条件在两淮矿区具有典型的代表性，主副风井筒均采用冻结法施工，由于设计方案和冻结管接头形式上有所区别，冻结施工效果也不同。通过冻结设计及施工情况的比较，提出了深井冻结设计及施工应注意的技术问题。此外，还分析了中央风井施工中发生冻结管漏盐水事故的原因。     

冻结管盐水回收系统研究与应用

立井和斜井冻结工程,冻结管直径一般较小,采用高扬程潜水泵回收冻结管内的盐水很难实现,给掘砌施工带来了许多困难。以斜井冻结工程为例,如果盐水不回收,大量充满盐水的冻结管在掘进过程中被割断,盐水会直接排到掘进工作面,既影响进度,又污染环境;尤其是冻结孔较深时,由于压力较大,盐水很容易喷伤作业人员或喷坏设备。为此,通过试验研究,研发出了利用压气排出冻结管内盐水的冻结管盐水回收系统,解决了上述难题。工程实际应用表明,该冻结管盐水回收系统不仅简单易行,安全可靠,而且经济、高效、环保。     

井筒超深冻结孔封孔缓凝水泥浆性能研究

针对竖井井筒解冻后井壁、井底等部位出现漏水的难题,采用缓凝水泥浆主动有效地防治井筒渗漏水事故。根据超深冻结孔泥浆置换对缓凝水泥浆在流动性、凝结时间、稳定性、结石抗压强度等方面的特殊要求,通过外加剂复合技术和对比试验,研制出JS-1型高效复合缓凝剂。结果表明:高效复合缓凝剂能在保证水泥浆稳定性良好的情况下,其初凝时间可达40 h以上,完全满足超深冻结孔的沉管要求。当水灰比从1.0∶0.8减小到1.0∶1.4时,其结石抗压强度可从5 MPa提高到12 MPa,有利于提高冻结管与围岩间的环形空间封堵质量和井筒防渗漏水效果。     

石拉乌素矿副井冻结孔导水通道注浆封水技术

副井采用全深冻结法施工,冻结圈解冻后,冻结孔中上部孔壁与冻结管间的环形空间成为沟通含水层的导水通道,当矿井开采时含水层水进入矿井采掘区域,大大增加了矿井开采期间的涌水量,增加矿井排水费用。由于缓凝水泥浆置换高度受限,不能采取水泥浆封闭导水通道。通过采取对冻结孔环形空间进行注浆封堵,对井筒外壁与围岩间隙进行壁后注浆充填工作,有效解决上述问题,取得了满意效果。     

冻结孔环形空间充填材料密度试验研究

为防止冻结壁融化后冻结孔成为竖向导水通道,威胁矿井安全,冻结孔必须进行固管充填处理。针对冻结孔钻孔泥浆置换与冻结管下放安装工程中对特定密度水泥浆的要求,应用颗粒级配理论,研制出密度分别为1 400、1 350、1 300、1 250 kg/m3的高稳定性浆液,该实验研究工作对高稳定性特定密度冻结孔置换水泥浆研究具有借鉴意义。     

斜井局部保温技术研究与应用

结合山西长治古城煤矿主斜井冻结工程实例,分析斜井冻结工程的特殊性,找到了顶部非冻结段及冻结管穿过开挖荒径以内部分局部冻结方法,成功地将井筒冻结冷量损失降低,节省近一半供液管,并对井筒掘进条件进行了改善,为今后类似斜井直孔施工的井筒冻结提供参考。