工业广场保护煤柱开采井筒破损致因及防治技术

针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内92606工作面邻近副井,开采引发的井筒竖向附加力是井筒破坏的致因;如不提前采取防治措施,后续92606外工作面开采,将导致副井井筒发生二次破坏;研究提出的不停产单卸压槽防治方案,具有不影响矿井生产、卸压率高、施工简单、成本低等优点。采用壁后注浆、开切卸压槽、架设密集井圈等技术,顺利完成了该矿不停产防治副井井筒破损工程。监测表明,该井筒竖向和环向应力,均小于井壁极限.承载力,处于安全状态,运行良好,达到了预期效果。

冻结井壁仿钢纤维混凝土动静态力学性能和微观结构研究

为改善冻结井壁高强混凝土脆性特征,提高其抗裂性和韧性,提出采用仿钢纤维混凝土作为冻结井壁筑壁材料。通过优选材料和正交试验,得到不同配合比的仿钢纤维高性能井壁混凝土,并对其进行静态、动态力学性能及微观结构等试验研究。结果表明,在基准混凝土中掺入15%(质量分数)粉煤灰和0.54%(体积分数)聚丙烯仿钢纤维(PPTF)后,混凝土的抗拉、抗弯强度分别提高了29.46%、26.72%,其脆性特征得以明显提高。相比于基准组,最佳配合比的仿钢纤维混凝土韧性增强显著,在0~0.012应变范围内其韧性指数提高了40.83%,且失效后的破坏形态更完整。掺入PPTF、粉煤灰有效抑制了冻结井壁混凝土内部微裂隙的产生和扩张,混凝土表现出更为致密的微观结构以及更高的宏观力学性能。

蒙陕矿区内钢板-钢筋混凝土钻井井壁非均匀受力特性研究

以蒙陕矿区某煤矿风井为工程背景,利用双向不等压模型推导出水平地应力下井壁的受力形式,并得出了非均匀系数k的计算公式,确定了蒙陕矿区地层的不均匀系数范围为0.06~0.20,研判了钻井井壁全深受力关键横断面的受力破坏特征。根据有限元软件ANSYS模拟非均匀荷载条件下的井壁受力规律,井壁混凝土外缘环向应力为控制应力,井壁应力呈现非均匀分布,90°位置的不均匀程度大于0°位置,外荷载较小的90°位置受拉,而外荷载较大的0°位置受压。通过对井壁压力试验台对内钢板-钢筋混凝土进行非均匀加载试验分析,非均匀荷载对钻井井壁受力影响极为明显,在k=0.15时模型的峰值应力仅为均匀荷载条件下的23.1%~33.3%;在k=0.20时模型的峰值应力为均匀荷载条件下的20%左右,且破坏形式为混凝土先受拉破坏,随后钢筋和钢板屈服。研究结果表明,内钢板-钢筋混凝土钻井井壁对非均匀荷载较为敏感,在蒙陕矿区使用钻井法应该考虑非均匀系数的影响,且需要在井壁设计阶段重点关注井壁外荷载较小位置的受力。

基于地面定向钻孔注浆的煤矿立井钻井法井壁渗漏水治理技术

煤矿钻井井壁为单层结构,在深厚表土层段其渗漏水将严重威胁矿井安全生产,建井阶段井壁接茬部位若存在施工缺陷,则会导致地下水腐蚀锈穿接茬部位金属及焊缝,造成井壁渗漏水,若不及时治理,易引发突水溃砂而酿成淹井事故。为探寻一种行之有效的治理技术,以许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理为工程背景,开展了煤矿钻井井壁渗漏水治理技术研究。首先,结合矿井水文地质特征等信息分析了钻井法单层井壁渗漏水致因,发现许疃煤矿副井井壁接茬处发生渗漏水的主要原因是地下水中的HCO_(3)^(-)、Cl^(-)共同作用腐蚀锈穿井壁接茬部位后,含水层之间越流补给的高压地下水通过孔隙连通性良好的壁后碎石充填层流入井筒内;然后,对比分析了许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理采用壁后注浆和地面钻孔注浆的可行性与安全性,发现在流砂层中对采用钻井法施工的钢筋混凝土单层井壁进行壁后注浆,安全风险较大,影响井筒正常提升,且存在再次发生渗漏水的风险,而采用地面定向钻孔注浆技术的注浆量大,壁后充填层碎石间孔隙可被水泥浆充分填充,改善井筒防渗和承载能力,且施工人员全程在地面操作,安全性好,不影响井筒正常提升;最后,提出了针对深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理的地面定向钻孔注浆技术并进行工程示范,2个钻孔共注入130.9 m^(3)水泥浆,完全充填了94.00~131.40 m层段壁后充填层碎石间孔隙,顺利封堵了井下94 m处出水点,经现场长期观测,该段井壁未再渗漏水。研究结果表明,针对深厚表土层段煤矿钻井井壁渗漏水治理,采用地面定向钻孔注浆技术的治理效果良好,安全性高。研究成果可为深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理提供一定的参考。

深厚表土井筒监测及其偏斜规律研究

为研究深厚表土层立井井筒偏斜变形规律,以山东郭屯煤矿主副井为例,采用钢丝基线法对其展开多期变形监测;基于井筒多期监测数据,获取井筒偏斜动态信息,结合地质条件与矿区活动,研究井筒偏斜变形时空特征,分析井筒局部参数变化,对比井筒偏斜差异,揭示深厚表土层井筒偏斜变形规律。研究结果表明:受开采注浆等活动影响立井井筒偏斜时间特征可划分为“增-减-稳”3个阶段,空间特征主要表现为基岩层偏斜较小而表土层呈函数状显著变化,井筒与其表土层处偏斜动态近似相等,井筒最大偏斜区域也趋近于井口处;主副井整体向西北采空区偏斜且存在方位上的差异,井筒东西方向整体偏斜占比97%以上,而南北方向仅在20%以下,其与工作面方向上远近距离高度相关;开采扰动引发的深厚表土层水平位移随井筒高度上升而增大是造成井筒偏斜的主要原因。

全断面竖井掘进机锥形刀盘破岩机理研究

刀盘刀具系统作为全断面竖井掘进机的关键组成部分,不同刀盘锥度及刀间距对滚刀破岩起决定性的作用。运用ABAQUS软件建立滚刀动态破岩模型,分析不同刀盘锥度和不同刀间距对滚刀破岩的影响,并获取了滚刀在破岩过程中的受力情况及破岩效率。结果表明:滚刀破岩效率随着刀盘锥度的增大而减小,滚刀破岩效率随着滚刀安装半径的增大而减小,综合滚刀受力、破岩效率和实际工况,得到刀盘锥度为120°、滚刀刀间距为40 mm时,滚刀破岩效率最高。为竖井掘进机锥形刀盘设计提供了理论依据,有效提高了竖井掘进机破岩效率和整机研制水平。

磷矿通风井反井施工技术研究及应用

贵州福麟矿业有限公司新桥磷矿山二号井回风竖井工程采用了反井钻机钻井法施工,反井钻机一次扩孔成井直径为3.5 m。通过对矿方提供的地质检查孔岩心资料进行分析,研究计算了在该地层条件下反井钻机扩孔拉力和扭矩等工作参数,并最终选择了TSJ-2000型水源钻机与BMC400型反井钻机结合的技术方案来进行导孔和一次扩孔成井。在施工过程中克服了缺乏类似项目经验以及缺少岩层发育资料等实际困难,确保顺利完成了井筒贯通,使得井筒偏斜率控制在0.3%以内。实践证明,在该磷矿回风竖井工程中采用反井钻机施工大直径竖井开挖是可行的,并为此类大直径竖井开挖项目提供了宝贵经验。

煤矿超600 m垂直输料井快速钻井工艺及其关键技术

随着煤矿开采量的增加和采区接续,煤矿井下辅助运输系统存在换装转运环节多、往返时间较长,辅运能力下降和综合效率低等问题,通过增设布置垂直输料井可提高煤矿辅助运输能力。以山西王坡煤矿超600 m垂直输料井的建设为背景,论证了地质钻机钻井法、石油钻机钻井法、风动潜孔锤钻机钻井法、竖井钻机钻井法、反井钻机钻井法等钻井工艺技术和装备的可行性;鉴于拟建垂直输料井下部已经形成的生产系统的有利体条件,确定了采用反井钻机钻井法施工深度617 m、直径1 m的垂直输料井的方案;针对垂直输料井地层条件和深度大、直径小的工程特点,给出了超600 m垂直输料井反井钻机钻井过程中导孔钻进偏斜控制方法、扩孔钻进反井钻机选型依据、扩孔钻进参数随钻控制方法和钻井安全措施,并完成了工程现场应用。

煤矿区透巷钻孔终孔固井技术研究及应用

在煤矿区透巷钻孔实现地面与井下巷道连通,全井段必须下套管固井。然而常规固井方法难以进行透巷孔与套管之间的注水泥固井作业。为解决上述问题,提出从煤矿井下巷道制造人工井底技术与分级箍固井技术进行研究:基于煤矿井下巷道制造人工井底技术,建立固井水泥浆正循环所需的终孔套管与终孔之间的环空井底承压密封;基于分级箍固井技术,在终孔套管串内环空与井下巷道沟通情况下,可使得注入终孔套管内的固井水泥浆沿分级箍侧向孔正常循环返至地面。最终将该煤矿区透巷钻孔终孔固井技术成功应用于某煤矿供水管道井工程,通过声幅测井有效验证全井段水泥浆与终孔套管、终孔壁之间胶结合格,且部分井段出现胶结优质情况。该项固井技术成功研究与应用为后续实施透巷钻孔终孔固井提供了宝贵借鉴经验。

钻井法深大直径立井悬浮下沉研究

针对新街能源钻井法深井井壁悬浮下沉设计问题,基于阿基米德浮体悬浮原理,建立了同一断面和分段变断面的井壁结构形式在泥浆中悬浮平衡表达式,探讨了井壁混凝土重量、泥浆容重、井壁厚度对辅助钢梁支撑力和辅助钢梁施加高度的影响。并分析了泥浆容重与井壁许用临界厚度相关关系,最后验算了新街台格庙风井是否满足悬浮下沉要求。研究成果表明:(1)通过井壁混凝土减重、增加泥浆容重和减小井壁厚度,可以有效减小辅助钢梁在悬浮下沉中承受的荷载,同时显著降低辅助钢梁施加高度;(2)井壁厚度过高、泥浆容重过小将导致辅助钢梁支撑力在井壁下沉过程逐渐增大,无法实现悬浮下沉工艺;(3)泥浆容重的增大可使井壁许用临界厚度增大,同时泥浆容重一定时,井壁厚度是受限制的,实际工程中应通过增大井壁材料强度来满足施加荷载需要。研究成果可为类似钻井法凿井设计及施工提供参考。

煤矿斜井井筒过流砂层施工技术研究及应用

流砂层是矿井建设常遇见的不良地层,在含水或动力扰动下具有自流动性,施工不当会引起流砂向临空面流动充填开挖空间将井筒淹没或造成地表大面积塌陷。采用工程地质钻探与地面直流电法勘探技术,确定了流砂层的厚度与含水特征;根据斜井井筒穿越流砂层的垂深,将斜井井筒过流砂层技术方案进行分类研究,提出了斜井井筒过不同厚度流砂层的合理掘进技术;基于理论分析与数值计算,确定了斜井井筒支护结构承受的荷载,提出了斜井井筒过流砂层合理的井壁结构;为评价支护效果,对斜井井筒围岩变形、型钢支架受力、二衬接触应力、衬砌钢筋受力及渗水压力等进行了实时监测,监测结果表明:斜井井筒过流砂层的施工技术方案分类合理,保证了斜井井筒的掘进进度与施工安全;井壁结构安全可靠,保证了斜井井筒围岩与支护结构的稳定。

立井井筒表土层注浆加固过程的控制方法及应用

在分析表土层注浆加固治理井壁破裂原理的基础上,阐述了注浆加固过程控制的必要性,提出了根据实测井壁附加应变的变化规律来控制注浆加固过程的方法.依据具体的工程条件,研究了注浆加固过程控制的监测系统、控制内容和实施方法.研究和实施的结果表明,注浆加固过程的有效控制,可使井壁的既有应变得到明显的缓释,可改善井壁的受力状态,保证注浆期间井壁的安全,确保矿井的安全生产.

注蒸汽井井筒内参数计算新模型

从动量定理角度出发建立求解蒸汽压降方程,而从能量守恒角度出发建立求解蒸汽干度变化的方程,采用节点分析方法和数值计算方法对模型求解.计算过程中借鉴传统的气液两相流Beggs Brill方法计算水蒸汽混合物的物性参数.通过对辽河油田齐40块和杜80块10口井井筒的压力、温度和干度分布计算表明该模型计算精度较高.

富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场研究

研究富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场分布规律,可为解决斜井冻结法凿井穿越富水砂层技术难点提供可靠依据。以陕北某斜井冻结法凿井工程为研究背景,通过室内物理力学试验、现场实测及有限元数值模拟相结合的方法,研究了冻结状态下砂土的热物理及力学特性,分析了斜井冻结法凿井期间冻结壁受力机制,深入分析斜井冻融过程中冻结压力变化规律及原因,对测温孔与冻结壁径向温度实测与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,随着温度降低,冻结砂土导热系数呈现出先增大后减小的趋势,且冻结温度对冻结砂土的内摩擦角影响较大;冻结温度、井筒埋深和地下水对冻结压力的影响较大;混凝土水化热对冻结壁的影响范围约为460~475 mm。研究结果可为富水砂层地区斜井冻结法凿井的优化设计和安全稳定性研究提供依据。

赵庄煤业草芳进风立井井筒掘进施工技术

结合赵庄煤业草芳进风立井施工区域现场地质条件,设计井筒掘进施工技术方案,在井筒掘进时,采用FJD9C型伞钻+HZ6B型中心回转式抓岩机+深孔光面爆破为主的机械化施工工艺,可提高基岩掘进效率;采用商品混凝土+底卸式吊桶+整体模板,实现井筒围岩支护;采用地面注浆,壁后注浆封堵为主、疏排为辅的防治水技术方案,可满足井筒防治水需要。工程实践表明,赵庄煤业进风立井采用的掘进方案施工效率高,有助于缩短井筒掘进工期。

车集煤矿风井房噪声模拟与治理

针对煤矿风井房的噪声问题,提出计算机声学模拟与新型超轻吸声材料结合应用技术的有效治理方法,并进行了深入的探讨。首先对其噪声源进行深入分析,然后利用声学模拟软件对作业环境进行噪声模拟计算,并根据计算结果设计噪声控制方案。研究表明,利用新型吸声材料,采用消声、隔声、通风、拼装式等综合治理方法,治理后风井站厂界噪声均能满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348—2008)中2类标准,实现厂界噪声达标排放。

庙沟铁矿露天转地下过渡期井筒封闭技术初步研究

立足于河北钢铁集团矿业有限公司庙沟铁矿露天转地下开采工程的基建施工现状,为保障整体工程安全、快捷、高效地完成,在主井井下240m水平改绞施工顺利完成后,将主井地表以上井架等设备设施进行拆除,并对主井现有提升设施进行保留,再进行井筒临时封闭。为了更好地解决了庙沟铁矿井下基建工程与地表主井井塔楼工程同时施工的问题,研究出此项双层封口盘井筒封闭技术,实现了对罐道钢丝绳的涨紧、钢丝绳的悬挂、富裕钢丝绳的盘放以及井筒的封闭保护,更好地保障了庙沟铁矿露天转地下开采工程进度的稳步推进。

基于多目标决策的竖井施工方案优选

竖井施工方案的选择涉及施工效率、经济性、安全性和环保性等多个关键维度。为实现这些目标的综合优化,本文首先构建了包括施工速度、单位掘进成本、施工安全性等在内的多目标优选指标体系。随后,收集各施工方案在效率、经济、安全、环保方面的指标数据作为分析样本,并运用优属度公式对数据进行归一化处理。在此基础上,提取理想最优与最劣方案的优属度向量。进一步,采用层次分析法为各项指标分配权重,并据此计算各竖井施工方案的权距优距离和权距劣距离。以最小化权距优、劣距离平方和为目标,求解出各方案的最优隶属度值。通过对比各方案的隶属度值,可确定综合最优的竖井施工方案。实践验证表明,该方法能有效指导矿山竖井施工方案的优选。

探索非煤矿山副井马头门施工技术改进措施

马头门是矿井工程中的重要节点,但也因其结构复杂、掘进断面大、支护面积大等原因存在多个施工难点。针对马头门施工进度迟缓对矿山整体投资建设产生负面影响的问题,保证马头门在计划时间内完工,节省人工成本、设备成本和其他相关成本,提高施工效率,以本钢矿业花岭沟铁矿副井马头门为研究对象进行探索改进。结合现有工程技术条件、从施工工艺及组织安排等方面开展科学论述,主要从掘进和支护两方面提出整改措施,现场的实践证明可提高工作效率50%,实现安全增效的施工目标。

深冻结井筒内层钢板高强钢筋混凝土复合井壁试验研究

针对600～800 m特厚表土层中冻结井筒的支护难题,根据约束混凝土原理,提出合理的解决途径是采用内层钢板高强钢筋混凝土复合冻结井壁结构。通过模型试验,对该种井壁结构的应力、变形和强度特性进行深入研究,结果表明:由于内层钢板筒的约束作用,井壁结构中混凝土处于三轴受压应力状态下,其变形能力和抗压强度都得到较大程度的提高,井壁破坏时,内缘混凝土的环向应变可达-4 000με,表现出较好的延性特性,改善了高强混凝土的脆性缺陷。如将目前现场使用的现浇高强钢筋混凝土冻结井壁改为内层钢板高强钢筋混凝土复合结构形式,则井壁承载能力可大大提高,可合理地解决特厚表土层中冻结井筒的支护难题。影响该种井壁极限承载力大小的因素依次为混凝土抗压强度、厚径比、内层钢板厚度和配筋率,其中提高混凝土强度对井壁承载力影响非常显著,如将混凝土强度提高10 MPa,则井壁承载力将提高约13.8%。而增大配筋率对井壁承载力影响甚微,所以,在实际工程应用中,为经济合理设计井壁,只需配置单外排钢筋。最后,根据理论分析和试验结果推导出该种井壁承载力的计算公式,从而为该种井壁结构的工程应用提供设计依据。