所属领域:井筒防治水
成果简介:
1.成果的基本情况
陕西彬长矿业集团有限公司和西安科技大学合作。针对立井井筒在富水洛河砂岩中的施工，研究提出了采用非全深冻结法施工。通过数值模拟、理论分析、室内和现场工业性试验，确定了非全深冻结方案的冻结深度、孔距、温度等相关参数，井筒施工安全和质量得到有效保证，缩短了工期，经济效益十分明显。该成果经陕西省科技厅鉴定为国际先进水平，申请专利2项。该成果在陕西省彬长集团小庄煤矿主、副井防治水工程中得到成果应用，不仅为富水弱渗地层开凿立井、涌水治理摸索和积累了丰富的实践经验，而且形成了一整套系统的经验总结，发展了冻结法施工技术。
2.主要技术特点
（1）处于富水洛河砂岩地层的彬长矿区立井井筒采用非全深冻结法凿井必须满足的三个条件：
第一，当富水弱渗洛河砂岩层的渗透系数k0.07m/d，在普通法施工时，井筒涌水量随着开挖深度增大急剧增长，主井在施工到一定埋深时涌水量会达到警戒值。由于弱渗地层注浆效果差，采用普通法凿井无法保证正常施工。
第二，立井井筒埋深范围内有安定组为隔水岩层（弱渗水岩层）做为冻结管的终孔位置。
第三，立井井筒埋深范围内隔水岩层（弱渗水岩层）至井筒底部的岩层渗透系数较小，普通法施工时的涌水量小，可进行普通法施工。
（2）非全深冻结法凿井冻结段井壁解冻后的三个主要涌水通道:一是冻结管套筒与冻结管之间形成环形通道，将洛河组砂岩含水层和宜君组砾岩含水层连成一体，增大了井筒周围地下水的压力，使地下水在混凝土井壁后空隙处到处串通，从井壁混凝土薄弱部位或井壁接茬处渗漏出来；二是立井围岩经过人工冻结、自然融化后，孔隙损伤增大，部分孔隙连通，形成渗水裂隙；三是立井围岩周围未冻结岩体的天然孔隙、空隙形成的弱渗通道。
（3）基于动水条件下井筒涌水注浆止水浆液扩散机制，给出了非全深冻结法立井解冻后的井筒涌水发生机理、防治水时机、合理的注浆参数及注浆材料。
（4）通过比较，非全深冻结法施工立井与全深冻结施工立井相比具有的主要优点是：
第一，经济效益显著，本课题研究成果采用后，小庄主井、副井、风井、2#副立井采用半深冻结后，节约冻结费用、井壁施工费用、排水费用共计产生直接经济效益上亿元。
第二，非全深冻结法冻结管和测温管的终孔位置在安定组中，避免出现全深冻结井筒解冻后在施工马头门时容易导致的地下水随着冻结管和测温管形成的环形导水通道损害马头门及有关硐室岩体引起的水害，减少了水害，节约了涌水治理费用，保证了马头门及有关硐室的安全施工。
3.应用范围:
该项成果应用于井筒半深冻结法施工解冻后水害防治工程领域。
4.市场需求及经济效益分析
随着井筒冻结法施工技术的成熟，许多煤矿立井施工在遇到巨厚富水基岩时，选择冻结法施工井筒，此方法安全快速，冻结法目前以全深冻结法为主。非全深冻结法较全深冻结法来说，经济效益和社会效益显著。非全深冻结法和注浆防治水技术的成功运用，不仅为富水弱渗地层开凿立井、涌水治理摸索和积累了丰富的实践经验，而且形成了一整套系统的经验总结。研究成果在施工实践中获得成功，发展了冻结法施工技术，在上述相似条件地区推广，应用前景广阔。
合作方式:合作开发 技术服务
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