邻近厚松散层既有立井井筒地面注浆地层加固技术

为解决厚松散层既有立井井筒地面注浆加固技术难题,以山东巨野矿区郭屯煤矿厚松散层偏斜井筒地面注浆治理为工程背景,针对井筒偏斜特征,采用现场钻孔压水试验与地面高压注浆试验方法,分析不同注浆深度与注浆层段受注点试压水与注浆表头最大压力比值,获得了受注点注浆压力与该点静水压力比值,并得到了厚松散层主含水层的可注性及其注浆技术参数,最终确定了厚松散层偏斜井筒地面注浆治理方案设计原则与施工方案;研发了单井多层段注浆新型套管,形成了“注-泄”联合间歇注浆加固技术。研究结果表明：(1)当注浆压力达到静水压力的2.0～2.5倍时,水泥浆可顺利注入;(2)松散层深度越深,地层的单位吸浆量越小,同一注浆段,在相同压力情况下,压水流量是注浆量的2倍;(3)按注浆试验确定的设计注浆量与实际注浆量误差在27%以内,随着注浆孔的注浆,其邻近泄压孔出现孔管口出水、孔管口内返浆和串浆等现象,实现了泄压目的,且对邻近既有井筒受力变形影响较小;(4)注浆后,主、副、风井井筒表土段井壁淋水明显减小,且有回正的趋势。研究成果在郭屯煤矿厚松散层偏斜井筒地面高压注浆治理工程得到了成功应用。     

富水溶蚀白云岩地层井筒地面预注浆技术研究

为解决我国西南地区富水溶蚀白云岩地层井筒水害防治难题,采用现 场注浆试验结合数值模拟研究了 白云岩含水层中浆液扩散特征。 现场注浆试验表明老虎洞磷矿巨厚白云岩 含水层整体可注,且上段地层可注性明显 好于下段。 通过压水试验、钻孔取芯和 COMSOL Multiphysics 模拟软件 ,确定了老虎洞磷矿富水溶蚀白云岩含水层井 筒预注浆合理孔间距为 4. 5 m,为后续井筒地面预注浆工程设计提供依据 。 同时,现场试验了多种控制措施防止白云 岩含水层上段浆液严重超距扩散,得到延长凝结时间对提高注浆压力效果明 显,并提出采取混合式注浆方式保证钻 注效率。 考虑下段地层可注性相对较弱,提出采用高压注浆增加注浆量以 保证堵水效果。 注浆过程中,地层透水率降 幅明显,注浆结束后,各段地层透水率降低至 0. 5 Lu 以下,地层由中等透 水性地层转变为微透水地层。 注浆结束后, 压水试验得到回风井井筒地面预注浆堵水率为 98. 04%;1#进风井井筒地面 预注浆堵水率为 95. 7%。 研究成果可为西 部地区类似条件下井筒防治水提供技术参考。     

灯影组巨厚含水层井筒注浆工程压水试验*

压水试验是揭露含水层透水能力强弱的可靠方法,为了探究黔南地区灯影组含水层垂向透水性变化规律并指导立井井筒注浆工程的注浆参数,将巨厚含水层分为6个试验段高,对每个试验段高分别进行钻孔压水试验,并获取了垂向各段的透水率和渗透系数。压水试验结果表明,灯影组巨厚含水层透水性具有“上强下弱”特征。依据灯影组含水层垂向透水性变化规律对各注浆段注浆参数进行了优化,上部地层注浆材料选用水泥基浆液,下部地层选用黏土水泥浆,保证岩层可注性。最后一个注浆钻孔压水试验表明,井筒剩余涌水量降为7.17 m3/h,注浆堵水效果显著;注浆参数选用是适宜的,各注浆段透水率越大,其可注性越好。通过压水试验获取的水文地质参数评价黔南地区巨厚灯影组含水层的可注性是可行的,对指导类似地层井筒注浆工程注浆参数的选用有借鉴意义。     

厚松散层薄基岩地层井筒偏斜综合治理技术

针对厚松散层薄基岩地层井筒偏斜综合治理技术难题，以山东巨野矿区郭屯煤矿偏斜井筒地面注浆治理工程为背景，基于井筒松散层段偏斜与竖向压缩变形共存且向非对称开采工作面方向偏斜的全新破损特征，揭示郭屯煤矿井筒偏斜与竖向压缩变形机理，分析认为该2种特征分别是煤层非对称开采引发的底含非均匀疏水固结沉降叠加作用下地层水平倾覆推力和竖向附加力所致。本着确保安全、不停产治理的原则，制定了在役偏斜井筒不停产地面注浆综合治理方案，研发了系列井筒偏斜综合治理技术：(1)保护在役井筒“泄压-预警”双控地面高压注浆技术；(2)厚松散层单孔多层段注浆新型套管与施工工艺；(3)厚松散层地面注浆参数工程化确定方法；(4)在役井筒不停产运营下深孔高压注浆治理预警技术。综合监测结果表明：郭屯煤矿主、副、风3个偏斜井筒治理工程注浆过程中严格按照厚松散层薄基岩条件下偏斜井筒不停产综合治理技术进行实施，完成注浆孔钻探工程量31 026.8 m，注浆量达到35 536.66 m³，实现了矿井不停产注浆治理；治理后井筒向北向西不再继续偏移，主井井筒注浆期井口处向北和向西偏斜量分别减小12 mm和18 mm，副井...     

我国西北矿区井筒地面预注浆施工技术研究

为解决我国西北矿区井筒地面预注浆施工难度大的问题,通过理论分析和现场试验的方法对红二煤矿副井地面预注浆技术进行研究,在井筒开凿前上部表土段采用冻结法施工,下部基岩段采用地面预注浆技术进行堵水,并采用直型钻孔和S型钻孔相结合的施工方法,实现了注浆、冻结、永久井架竖立的“三同时”平行作业.结果表明:岩帽段注浆终压值均大于1.5倍的同层位静水压力值,基岩注浆段各孔各注浆段注浆终压均超过2倍的静水压力值,全井筒平均注入量为53.9 m3/m,注浆总量19227 m3,超出设计注浆量3606 m3,压水试验测得井筒注浆段剩余涌水量为2.3 m3/h,施工总工期比设计工期提前58 d,地面预注浆既保证了工程质量,又缩短了施工工期.     

压水试验在隧道深竖井施工中的实践应用

高黎贡山隧道深竖井含水层层数较多、较厚,破碎带较多,地质构造异常复杂,掘砌过程中存在较大的突水问题。对竖井进行地面预注浆后,采用压水试验检验地面预注浆的技术成果,压水试验整个过程是通过止浆塞封水,分段压水,利用满足压水流量的变档调速泵设备,调节压水流量实现多级次压水试验,并结合立井井筒地面预注浆效果压水试验检验方法,将压水试验应用于高黎贡山隧道深竖井地面预注浆施工中。试验结果认为：在水文地质条件异常复杂的隧道深竖井地面预注浆工程施工中,压水试验同时能够准确地计算出含水层渗透系数及井筒剩余涌水量,检测地面预注浆效果显著。研究结果表明：压水试验是检验隧道深竖井地面预注浆效果的科学有效方法,同样适用于含水层较多、较厚,地质构造异常复杂,破碎带较多的非煤矿领域,取得了良好的应用。     

立井井简地面预注浆效果检测的计算方法

为了客观分析立井井筒地面预注浆效果,提出用压水试验计算含水层渗透系数及井筒剩余涌水量的方法,取代常规的抽水试验法.通过调节压水流量实现了多级压水试验,从而更准确地计算出含水层渗透系数及井筒剩余涌水量.     

地面预注浆中压水试验的研究与应用

经多年井筒地面预注浆工程的实践,研究探索出适合地面预注浆的大段高、高压力的压水试验方法,通过压水试验计算含水层渗透系数,并预测含水层井筒涌水量,其结果与井筒下凿实际涌水量相吻合,可以作为评价井筒注浆效果的依据,也可以作为制定井筒施工技术措施的依据。     

杨村煤矿百米厚强风化带风井地面预注浆技术

基于杨村煤矿风井地质条件复杂,有百余米下第三系红层和近百米厚的强风化带,地质条件复杂,地层裂隙发育,含水量大,成孔困难,塌孔严重,注浆升压较快,注不进浆.为了钻孔能够顺利穿过该复杂地层,达到地层注浆堵水目的,为井筒开挖和建设创造良好条件,采取了调整钻井液粘度,短段加固,增大注浆压力,大段注浆、小段结束等措施,顺利完成第一序孔钻注浆工作,实际注浆量和注浆压力达到了施工设计要求,压水试验证明地层注浆堵水效果良好.     

黔南灯影组巨厚含水层立井井筒帷幕注浆参数研究

黔南地区震旦系磷矿层顶板灯影组白云岩直接充水,且水文地质条件复杂,是制约矿井建设的主要因素。地面预注浆技术是井筒防治水的有效手段,在煤矿、铁矿、铅锌矿等矿山都有成功应用,鉴于溶蚀型白云岩含水层导水网络水文条件的复杂性,不能照搬现有井筒注浆帷幕设计参数。为取得黔南地区震旦系灯影组白云岩含水层帷幕注浆参数合理设计方法,运用理论分析、室内试验、工业性试验及工程类比等多种研究方法,对白云岩含水层溶蚀裂隙导水网络特征及黏土水泥浆扩散规律进行了系统分析,总结评价了灯影组含水层地面预注黏土水泥浆的可注性及其影响因素;然后充分考虑钻孔布设、压水试验成果、浆液配比及注浆效果检测等多方面因素,对黔南地区灯影组巨厚含水层立井井筒帷幕注浆参数进行了深入研究,结合类似工程案例确定了溶蚀型灯影组白云岩地面预注浆参数设计方法。研究结果表明:黏土水泥浆在灯影组含水层具有可注性,布孔间距宜取4.0～4.5 m,并推荐了黏土水泥浆成品浆液比例范围、稳定地层注浆段高70～100 m,破碎地层注浆段高30～50 m等注浆参数取值范围,注浆终止标准需同时满足设计注浆量和注浆终压要求。     

榆林矿区厚松散层矿井水文地质特征与井筒涌水分析

西北地区地质结构和岩层含水条件不同于东部地区。为研究榆林矿区厚松散层和砂层地质结构条件下的矿井涌水情况,以袁大滩煤矿为工程背景,分析了矿井水文地质特征,计算了井筒涌水量,对矿井涌水进行了评价。结果表明：矿井岩层裂隙丰富,上覆松散层含水层和砂岩含水层较厚,对井筒安全使用存在威胁|主斜井、副斜井、进风立井和回井立井的井筒涌水量分别为243m/h、388m/h、1409m/h和1388m/h|袁大滩煤矿比榆阳煤矿、榆树湾煤矿的井筒涌水量大,进风立井涌水量特别显著,在开采过程中应该加强防水措施。     

冻结壁融化期间井壁受力变形分析与壁间注浆机理

针对深厚冲积层冻结井筒早期壁间注浆封水效果不好的难题,通过实测数据分析和理论计算对深厚冲积层冻结井筒的冻结壁融化特性、井壁受力变形和壁间注浆机理进行了研究。通过对现场测温孔实测数据分析,得到了不同土层的融冻时间比;通过理论计算表明,在冻结壁完全融化后,外壁的外表面承受着水土压力、内表面作用有壁间水压,在此情况下,外壁内表面径向变形比单独冻结压力作用下的外壁变形要小的多,总体表现为向外反弹;而内壁在壁间水压作用下向内位移,由于内、外壁变形位移方向相反,壁间空隙形成,从而为注浆浆液扩散提供了通道。提出壁间注浆的最佳时机应在冻结壁完全融化、在压力水作用下壁间间隙已经形成、内壁还没有出水前。并给出了具体的壁间水压监测系统,实行了壁间注浆信息化。     

构造裂隙大水矿床帷幕注浆工程试验及参数研究

构造裂隙大水矿床含水介质复杂多变,基建难度大,突水风险高,防治水技术难度大。借鉴岩溶大水矿床治水经验,设计采用矿山地面帷幕注浆技术,解决黄屯硫铁矿火山岩构造裂隙大水矿床地下水害。通过帷幕注浆生产性试验,从注浆前后帷幕体透水性、检查孔压水试验、注浆前后钻孔岩芯揭露情况分析,证明火山岩裂隙地层高压灌注水泥黏土浆后,大的构造导水通道及微细裂隙都能被浆液有效充填,注浆堵水效果显著,该方法可为同类矿床防治水工作借鉴。     

流沙层置换注浆施工技术

针对厚度11m、水压1.5 MPa、最大单孔涌水量153.9 m3/h流沙层,采用二次置换注浆,并用钢筋混凝土作为骨架加固井筒周边,使井筒周边形成结石体帷幕；探注孔涌水量超标即注脲醛树脂化学浆液,采用小段高掘砌施工方式,加强并筒支护强度,顺利通过了流沙层.     

地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气探讨

为了提高深部煤层气储层压降效果,针对深部煤层储层压力大,地应力高,渗透率低等特点,基于切割卸压提高储层渗透率原理,综合矿井下瓦斯抽采实践及地面开发非常规天然气技术方式,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气的方法。地面定向井+水力割缝卸压方法主要包括地面定向钻井和分段水力割缝2个过程。该方法增渗增产原理为:定向井眼和水力缝槽沟通天然裂缝系统,高压水力切割过程中诱导煤层产生裂隙,增加导流通道数量与连通性;水力切割产生的多组缝槽形成卸压空间,利用地应力变化增加裂隙张开度,促进储层压力释放。相比常规水力压裂而言,该方法更有利于形成网格化流体运移通道,扩大煤层卸压范围和卸压程度,强化煤层气解吸扩散。而且,能够避免水力压裂过程中地应力向煤层深部传递以及压裂液注入造成的储层伤害,因而适用深部煤层气储层复杂地质条件下的增产改造。鉴于地面工况条件与矿井下工况条件的差异,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法开发深部煤层气需要解决的关键技术问题,包括水力缝槽参数控制,固相颗粒的返排,定向井完井与水力割缝匹配性,以及高压流体传输动力损失。地面定向井+水力割缝卸压方法在非常规天然气开发以及深部煤炭强矿压与瓦斯灾害防治等方面具有应用前景。     

煤矿立井钻井法过松散含水砂层预加固技术研究

为了使煤矿立井钻井法凿井能顺利通过松散含水砂层,结合可可盖煤矿中央风井区松散含水砂层的地质特征,提出了对立井井筒采取桩基帷幕预加固处理的技术方案。通过混凝土咬合桩和MJS旋喷桩两种桩基帷幕加固方案的实施性对比,确定了MJS旋喷桩在松散含水砂层地质条件下能顺利实施,并通过建立有限元模型和理论计算,确定了MJS旋喷帷幕桩的合理施工参数。结果表明,MJS旋喷帷幕桩在立井井筒松散层周围形成了强度合格的帷幕加固体,实际施工中确保了煤矿立井钻井法凿井能顺利通过松散含水砂层,其施工工艺可为类似条件下煤矿立井井筒施工提供参考。     

巴拉素井田煤层富水机理与注浆堵水技术

陕北侏罗纪煤田榆横矿区(北区)是我国重要的煤炭生产基地,区内大型矿井分布较多,煤层埋藏相对较深,在采掘过程中发现有富水煤层问题。为研究区内煤层富水机理及采掘过程中的水害问题,以巴拉素煤矿2号富水煤层注浆堵水治理工程为例,通过对水文地质条件和地下含水层之间水力联系情况分析,查明了区内各含水层水文地质特征及类型,确定了2号煤层水为立井井筒过煤层段的主要充水水源,并提出了富水煤层注浆治理保障新技术。通过抽水试验、水化学测试,发现区内地下水含水层主要为第四系松散层潜水含水层、白垩系下统洛河组孔隙-裂隙含水层、侏罗系中统直罗组碎屑岩类裂隙含水层、2号煤顶板延安组碎屑岩类裂隙含水层、2号煤层含水层等。第四系松散潜水含水层和白垩系洛河组孔隙裂隙含水层之间水力联系密切,其他含水层之间均未发现水力联系。根据现场实际及多次实践,确定以"引流注浆、帷幕封堵"为总体思路,运用"井下打钻,地面拌浆,管道输送,高压灌注"的方法,完成2号煤层富水区段的封堵。研究及实践结果表明:通过多种材料结合、钻探注浆等组合工艺实施后,在副立井井筒马头门煤层揭露区段及待掘巷道周围形成了有效的止水帷幕,将掘进巷道与富水煤层隔开,最大程度地减小井筒涌水量,超出预期目标完成注浆堵水任务,副立井井筒总涌水量由最初的150 m~3/h(最高200 m~3/h)衰减至竣工时的11 m~3/h,注浆堵水率约为93%,实现了对富水煤层大量出水有效封堵的目的。     

义桥煤矿立井井筒涌水机理与注浆封堵技术

针对义桥煤矿复杂水文地质条件下深厚表土层立井壁破裂、井筒涌水严重,采用单液及双液水泥、水玻璃多次封堵无效的技术难题,结合井壁破裂理论中的施工质量说和竖直附加应力说,分析了义桥煤矿主副立井井壁涌水特征及变形破坏机理,在此基础上,研究了高分子化学材料马丽散N注浆封堵涌水、加固围岩机理,并制定了主副井筒表土段壁间注浆、基岩段壁后注浆的钻孔布置与施工工艺,并对注浆量、注浆压力等进行了过程监控,对井筒涌水量进行了长期监测,实测涌水量已小于0.05 m3/h,达到了防治井壁破裂、封堵涌水、稳定含水层水压的目的,缓释和抑制了井壁附加压力。     

深厚表土层建井的渗透稳定性模拟研究

通过对淮北海孜矿第四系底部含水层向矿井泄水的模型模拟研究，探讨了深厚表土层建井（井筒）的渗透稳定性．讨论了在第四系底部含水层突水状态下，地下水的渗流运动规律、底部含水层土体的渗透变形方式、临界水力坡降以及渗流对井筒的稳定性影响，为从水动力作用角度去分析黄淮地区井筒破裂原因提供了地质－物理模型，同时也是对深埋土体中的有关工程渗透稳定问题的有益尝试．