赵楼矿副井冻结表土段井筒信息化施工

经多次调研论证,合理优化冻结方案,赵楼矿井采用三井共站模式集中设置冻结站;通过井筒冻结和掘砌的信息化施工,成功地开展了三大监测:地层冻结工程相关参数的监测,井筒工作面冻结壁与井壁的温度及变形监测,上部已成型井壁段的温度、受力及变形监测。对冻结壁发展情况进行不间断地预测预报,准确掌握冻结壁的发展,为冻结站合理地调整盐水温度和盐水流量提供依据,为井壁安全性评估、混凝土配比试验、井壁优化设计等提供可靠信息,为井筒掘砌安全、快速、连续施工提供保障,并通过内层井壁埋设的两层传感器实行井壁永久监测,以便后期维护管理。     

赵楼矿深厚表土层冻结法凿井工程监测技术

结合赵楼矿深厚表土冻结法凿井工程,介绍了冻结法凿井中的地层冻结工程相关参数监测、井帮温度与变形监测和井壁收敛监测、上部已成型井壁段的温度和受力与变形监测,依据监测结果及其规律分析,主井及时中途套壁,副井在出现井壁裂隙的情况下坚持大段高掘砌.赵楼矿主副井外壁掘砌平均速度分别为88.33m/月和93.21 m/月,内壁套砌速度均超过280 m/月.两井筒施工与施工组织设计相比分别提前28 d和26 d通过冻结段,节约直接冻结运行费约396万元,实现了深厚表土冻结法凿井的安全、快速施工.     

葫芦素煤矿冻结孔安全钻进与导水通道封堵技术

葫芦素煤矿西翼风井井筒穿越深厚软弱岩层,区域生态环境脆弱,地质与水文地质条件复杂,全深冻结法施工面临诸多问题:冻结钻孔成孔难度大;冻结管下放易卡阻;冻结壁解冻后,钻孔环形空间存在导水隐患等。通过采用抑制性防塌钻井液和钻孔环形空间导水通道置换封堵技术,有效保障了冻结孔钻进施工安全,消除了冻结壁解冻后的冻结孔环形空间导水淹井隐患,为生态环境脆弱地区深厚软弱岩层井筒冻结法施工提供了经验。     

厚表土薄基岩凿井突水溃砂井筒破坏治理技术研究

针对厚表土薄基岩地层凿井井筒溃砂涌水综合治理修复技术难题,以两淮矿区某在建煤矿副井为工程背景,分析认为马头门上覆岩层受反复扰动发生弯曲下沉变形是该矿副井井筒破坏的主要原因,主、风井井筒破坏为副井引发的次生破坏。本着修复、预防并重的原则,制定"注、冻、修、防"井筒综合治理方案,即通过地面注浆改善地层性能,防止下部基岩再次发生弯曲变形;通过套壁与原井壁形成复合井壁,提高井筒在该复杂地层条件下的结构安全度;既有井筒围岩冻结作为套壁措施工程,为其施工提供安全保障。研发了系列井筒及马头门修复施工技术:(1)下行式钻注结合,见漏就注,多级套管的挠动地层注浆孔施工与注浆技术;(2)副井内、外排孔分别采用局部、全深冻结,主、风井全深冻结,冻结壁内均设置水文卸压孔,测温数据与数值模拟结合预测冻结壁发展的控制冻结技术;(3)依据井壁破坏程度采取不同修补方式的井壁修复技术;(4)组合钢板拼装和焊接、高性能混凝土(钢纤维混凝土)配制等内套钢板井壁施工技术;(5)壁后注浆加固马头门围岩,破损马头门破除,超强复合永久支护控制围岩,两侧同时分层修复架设施工技术等。综合监测结果表明:工业广场内地表沉降稳定;修复后的3个井筒内套井壁内力和副井壁间压力均小于设计值;主、风井井筒涌水量各为1m~3/d左右,副井井筒涌水量为4 m~3/d左右。采用该方案修复后的主、副、风3个井筒,符合相关规范(程)要求,井筒均处于安全运行状态。     

井筒筑壁过程中无线测温系统研发

井筒筑壁施工中,不断监测井壁温度变化,总结温度变化规律,并据以采取相应的措施,有利于保证井壁质量。针对井筒施工空间小、吊盘不断移动的特点,研发了一种抗干扰能力强、稳定性好、应用方便的无线低功耗测温系统,并在赵固煤矿风井(冻结井筒)筑壁施工中,得到了成功应用,取得了预期效果。     

冻结壁三轴流变变形的模拟试验研究

本文在介绍国内首次研究成功的冻结壁三轴流变试验台上所做的8次大型模拟试验的基础上,分析了冻结壁流变变形与其平均温度、掘进直径、壁厚、暴露段高、地压以及土质等参数的关系。试验获得以下主要结论: 1.流变是冻结壁变形的主要特征,冻结壁设计应按变形极限设计; 2.提高冻结壁强度,减小其变形,主要在于降低温度,增大壁厚; 3.工作面有底臌是造成冻结壁超前位移,加大冻结壁变形的表现; 4.交界处不同土层因温度与形成的厚度有差异,变形也不同,从而导致此处冻结管承受附加弯矩和剪力,故更易发生断管; 5.实验获得了冻结壁变形位移与各参数间的函数式,并为淮南谢桥矿已施工的三个井筒所证实,可作为冻结壁设计的主要参考依据。     

冻结法施工在李楼铁矿副井施工中的应用

冻结法凿井即为在井筒开凿前,采用人工制冷技术,将井筒周围的不稳定地层和含水层冻结成封闭的冻结壁,以隔绝地下水和施工井筒的联系,暂时改变井筒周围的地质条件,然后在冻结壁的保护下进行掘砌施工。根据李楼铁矿副井的工程地质条件,介绍了冻结法施工冻结方案的选择以及对施工过程中的综合监测,达到了施工快速且安全的目标,取得了良好的效果。     

冻结法施工在李楼铁矿副井施工中的应用

冻结法凿井即为在井筒开凿前,采用人工制冷技术,将井筒周围的不稳定地层和含水层冻结成封闭的冻结壁,以隔绝地下水和施工井筒的联系,暂时改变井筒周围的地质条件,然后在冻结壁的保护下进行掘砌施工。根据李楼铁矿副井的工程地质条件,介绍了冻结法施工冻结方案的选择以及对施工过程中的综合监测,达到了施工快速且安全的目标,取得了良好的效果。     

冻结技术在立井过巨厚钙质黏土层的实践

在丁集主、副井冻结段巨厚钙质黏土层的施工实践表明，较低的冻结壁平均温度能够保证冻结壁的有效强度，满足井筒掘砌安全；冻结壁的变形量控制应综合考虑井帮温度、钻孔偏斜、土性特点及冻结壁的暴露时间。丁集矿井的黏性土层含水率很大，冻土扩展速度很快，冻结壁的井帮温度表现出不均匀性，这与冻结造孔的偏斜情况有关。冻结管个别孔内偏值过大造成冻结壁后冻结压力增大。     

宁正煤田白垩系岩层冻结温度场实测与数值分析

宁正煤田煤层上覆巨厚白垩系富水岩层,井筒多采用冻结法施工。由于对该岩层冻结温度场扩展特性以及冻结壁受水化热影响范围等缺乏研究,导致冻结设计不合理、冻结壁交圈时间预判不准确等问题。针对上述问题,以宁正煤田新庄煤矿风井为背景,通过现场实测和数值模拟,对该矿井白垩系砂岩地层冻结温度场扩展特性、外井壁混凝土水化热对冻结壁的影响开展了研究。实测结果表明:砂岩地层冻结初期温度快速下降,平均降温速率达0.23℃/d,冻结锋面的发展速率达21.08 mm/d;混凝土水化热对冻结壁温度场的影响大,冻结壁的融化深度范围为440~480mm,距离外井壁50 mm的3#测点温度升高了33.6℃,平均升温速率达到了2.6℃/d。通过对数值模拟与实测结果比较发现:砂岩地层冻结壁扩展速度、井帮温度等参数值基本一致,能很好地预测冻结壁温度场变化规律。     

基于弹性基础梁理论的冻结壁和冻结管变形与受力分析

冻结段掘砌过程中,冻结管的变形受力位移取决于冻结壁的变形,而施工段附近,冻结壁的变形受力不符合通常按平面问题处理的厚壁筒理论要求。提出了分析施工段附近冻结壁的弹性基础梁力学模型,分析推导出基于弹性基础梁的冻结壁变形位移计算表达式,并通过实例计算与实测结果分析对比,较全面地考虑了冻结壁及中部未冻土的力学性质、冻结壁的几何尺寸、掘砌施工段高、无支承段高、泡沫塑料可缩层、混凝土井壁的支承作用等因素,较好地反映了施工段附近冻结壁的受力和变形情况,并把冻结壁变形和冻结管的弯曲联系起来,为研究冻结管的变形和破坏提出新的计算方法和途径。     

霍邱庆发矿业张家夏楼铁矿井筒冻结法施工探讨

针对霍邱庆发张家夏楼铁矿井筒表土段巨厚粘土层,在确保冻结壁稳定的前提下,施工中表土段上部不片帮、下部尽量少挖冻土,以加快建井速度;同时在节理和裂隙较发育、岩石破碎的强风化岩层造孔过程中,采取了防漏浆、掉块及卡钻等措施,确保了钻孔质量和速度。对冻结方案设计、冻结造孔技术、冻结施工监测、监控等进行了说明,并对冻结段施工提出了合理化建议。     

霍邱庆发矿业张家夏楼铁矿井筒冻结法施工探讨

针对霍邱庆发张家夏楼铁矿井筒表土段巨厚粘土层,在确保冻结壁稳定的前提下,施工中表土段上部不片帮、下部尽量少挖冻土,以加快建井速度;同时在节理和裂隙较发育、岩石破碎的强风化岩层造孔过程中,采取了防漏浆、掉块及卡钻等措施,确保了钻孔质量和速度。对冻结方案设计、冻结造孔技术、冻结施工监测、监控等进行了说明,并对冻结段施工提出了合理化建议。     

富水基岩井筒冻结壁砂质泥岩力学特性试验研究

在深厚表土层或基岩中建设煤矿井筒,冻结法是有效穿越不稳定的厚表土层或基岩的有效施工方法。为了给立井冻结壁和井壁设计提供合理的设计参数,对冻结壁岩石的力学特性试验很有必要。以陕西彬长矿区胡家河煤矿立井冻结施工工程为背景,对主井井筒砂质泥岩,进行了不同冻结温度梯度状态下的单轴、三轴力学特性试验研究。研究了砂质泥岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度和变形特性的变化规律。试验结果表明:随着冻结温度的降低,冻结砂质泥岩的强度在提高,主要原因是温度降低时,岩石冻结时的矿物收缩和冰本身的强度及冻胀力使得富水冻结岩石的强度得到提高。     

石拉乌素煤矿风井试挖期间冻结壁透水分析与治理

石拉乌素煤矿风井井筒采用冻结法施工,井筒试挖期间,冻结壁透水。通过分析,弄清了冻结壁透水原因,及时采取了快速填砂注水、降低盐水温度、加大透水部位冻结孔盐水流量等措施,安全通过了透水地段。     

混凝土水化热对白垩系地层井壁与冻结壁温度影响的实测研究

在西部白垩系地层煤矿立井冻结法凿井施工过程中,通过分析2个代表性水平层位温度的现场监测数据,得到了冻结凿井期间外壁及冻结壁温度变化的基本规律。研究表明:外壁浇筑后即出现温度迅速增长阶段,两监测层位在1.5 d内温度上升幅度最大可达68.4℃,且粗粒砂岩受水化热影响的温度上升速率大于细粒砂岩;大量水化热使两监测水平保持了较长的正温养护时间,对外壁混凝土早期强度增长有利;同时,释放的水化热使冻结壁出现大范围升温以至局部融化(融化深度达305 mm),对冻结壁的强度造成不利影响。通过分析和探讨水化热对井壁及冻结壁的影响规律,对西部白垩系地层井筒冻结工法设计与施工具有重要意义。     

超深厚冲积层冻结井筒施工关键技术研究

针对万福矿井主井754.8 m超深厚冲积层冻结法凿井掘进和支护时存在的施工技术难题,开展了冻结壁稳定性、冻土掘进技术、高强高性能混凝土井壁支护技术等冻结井筒施工关键技术应用研究。采用冻土发展速度和测温孔实测温度2种方法推算开挖时间,确定了井筒的开挖时机。根据设计冻结壁厚度、设计冻结壁强度、冻结壁变形校核结果,确定了冲积层安全掘砌段高和井帮暴露时间。通过现场试验,采用伞钻配锚杆钻机机头、麻花钻杆、"Y"字形钻头钻凿冻土炮眼,选用耐低温型水胶炸药,采取炸药保温措施解决了冻土钻眼爆破的施工难题。开发了砂石筛洗装置、井上螺旋输送机输送混凝土系统和井下固定式分灰器,保证了高强高性能混凝土尤其是钢纤维混凝土的制作和输送质量,解决了深厚冲积层冻结井筒支护施工技术难题。     

查干淖尔矿风井冻结温度场分析

采用ANSYS软件对查干淖尔矿风井冻结法施工的冻结温度场进行数值模拟,根据测温孔测得的温度数据,对冻土热物理参数进行了参数反演,获得了符合工程实际情况的冻土热物理参数,基于反演得到的最优参数,预测分析了井筒开挖层位的冻结壁平均温度、冻结壁平均厚度、井帮温度、冻结交圈时间等设计参数,为井筒的施工提供了科学的指导作用。     

深厚冲积层破损井筒修复过程中的控制冻结技术

为了解决板集煤矿副井破损井筒修复过程中面临的突水问题,针对该井筒实际的破损情况以及所处地层的含水层分布规律,考虑到冻结壁在形成过程中将产生土体冻胀,从而对既有井筒产生较大的冻胀压力,为减少其对既有井筒的破坏作用,提出采用双圈孔控制冻结的方式对破损井筒的周边进行封水处理,即外圈孔采用全深(673 m)冻结,内圈孔只对破损、突水严重的380 m以深的地层进行局部冻结。为了实现对各个层位冻结壁厚度的有效控制以避免冻胀对既有井壁结构安全产生威胁,在冻结初期,根据冻结孔实际成孔情况和各个层位土体的热物理特性参数,以及冻结过程中测温孔实测数据,通过数值计算对各个层位的冻结壁的发展情况进行预测,并基于预测结果对部分冻结孔的冷量进行了控制。为了防止施工热扰动对冻结壁的稳定性造成不利影响,在井筒清理以及套壁施工过程中,根据温度场发展情况及时调整冷量供给。由现场实测数据可知,深度380 m以浅控制冻结地层的整体温度较深度380 m以深地层的温度高5℃左右,在整个修复施工过程中没有出现突水现象且冻结壁温度保持稳定。由此可见,控制冻结技术可有效限制土体冻胀,且冻结壁厚度较为均匀,封水性能较好,达到了预期的施工效果,该项施工技术可为今后类似工程的开展提供重要参考。     

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.