适于弱胶结软岩的新型冻结孔封孔材料性能及微结构研究

我国西部地区的弱胶结软岩,岩石强度低,遇水泥化,当采用全深冻结时,冻结壁解冻后时常出现下部冻结管串水,导致工作面涌水和淹井的安全事故。针对这些问题,本文研究适于这种地层的新型冻结孔封孔材料的工作性、强度以及受冻后的抗渗性,并从受冻后的材料的孔结构和SEM形貌来探讨其机理。结果表明：新型冻结孔封孔材料具有很好的流动性,且流动度损失小,浆体的保水性好,无泌水;其3,28 d的抗折、抗压强度都明显高于普通水泥浆,且经受-30 ℃的低温受冻28 d后的强度损失小;新型冻结孔封孔材料受冻后,开始出现渗水的水压以及渗水范围扩大时的水压要比普通水泥浆封孔材料提高1~2 MPa。微观试验表明：新型封孔材料与普通水泥浆封孔材料相比,总孔隙面积降低、中值孔径减小、孔隙率降低,容重和表观密度增加,混凝土结构密实。     

高水压下基岩冻结壁设计方法

首先提出了高水压基岩冻结在冻结壁和井壁设计方面存在的问题;其次回顾了冻结法凿井中冻结壁厚度设计理论的发展,客观地揭示了井筒井壁内外分层的力学原因,以及基岩冻结壁设计方面所需考虑的基本问题;第三,探讨了包神公式设计冻结壁的载荷性质,及与冻结壁外缘载荷的关系,剖析了冻结壁与井筒的几何尺寸、刚度等因素对冻结壁外缘载荷的影响;第四,深入研究了采用拉麦和包神公式进行冻结壁弹性设计的力学条件;第五,定量分析了井筒冻结壁弹性设计的深度范围;最后探讨了冻结基岩许用强度、剪切模量之比等参数对设计冻结壁厚度的影响。     

围岩对竖井井壁承载能力影响的对比研究

为解决我国西部地区在深埋含水基岩条件下建设大型井筒进行井壁设计的难题,研究和推导了基于围岩、井壁、水相互作用的井筒稳态模型试验准则关系;以1号,7号,10号模型试验为重点,介绍了高水压作用下无围岩条件的井壁和9组带不同厚度和剪切模量的围岩的井壁的模型试验过程;通过无围岩的有限段高井壁试验与厚壁圆筒平面应变问题的解析解进行了对比分析,得出该试验系统对于检验以平面应变为特征的井筒井壁承载能力试验的合理性和适用性。针对梅林庙煤矿地层条件,从同等破坏、相等壁厚度条件和整体数据统计等3个方面,研究了围岩对井壁承载能力的贡献。上述研究有助于理解在高水压下井壁、围岩和水的相互作用机理,对高水压基岩段井壁设计提供定性和定量参考。