煤矿深井建设技术国家工程实验室

我国煤矿开采深度已超过1 000m,矿井建设深度不断加大,冻结、钻井、注浆等各种凿井技术难度越来越大,带来了巨大挑战,许多深井建设关键技术问题亟待解决,所以有必要建设煤矿深井建设技术国家工程实验室,为我国煤矿深井建设技术发展搭建高水平、开放式研究和交流的平台。实验室主要包括北京试验系统和淮北现场检测系统两部分。其中北京试验系统主要包括冻结法、注浆法、钻井法凿井技术和深部硐室群支护技术4个研发平台,淮北现场检测系统包括钻井和冻结2个现场工程检测平台。这些平台的建设,为我国深部煤炭资源的高效、安全开发利用提供了有力的技术保证。

反井钻机施工大直径风井工程结构稳定性评价方法研究

针对大直径反井工程在扩孔期间的围岩稳定性问题,提出了一种考虑反井钻井法工艺特点的竖井结构稳定性评价方法,确定了围岩自稳能力是其关键因素,基于强度折减法,提出了以围岩稳定系数为核心的井帮围岩自稳能力定量评估方法,通过数值模拟手段确定了围岩极限自稳状态的强度折减系数k0,并以此作为围岩的稳定系数。为解决工程实际问题,提出了预防空帮失稳的工程处理措施,在扩孔阶段实施随钻临时支护作业,实现围岩的快速封闭。最后以李家壕煤矿回风暗立井工程作为研究对象,提出了局部失稳风险评估意见,并依托工程实践对评估准确性进行了验证,其结果表明评估结论与实际结果一致,验证了该井帮围岩稳定性定量评价方法及工程处理措施的有效性。

临空巷道二氧化碳致裂切顶卸压技术应用研究

针对坚硬顶板临空巷道强矿压显现问题,以晋能控股煤业集团有限公司马脊梁煤矿为工程背景,运用理论分析、数值模拟方法进行了临空巷道二氧化碳致裂切顶卸压技术应用研究,并成功完成现场工业性试验。结果表明:二氧化碳致裂切顶卸压技术能够降低应力峰值,应力集中远离巷帮,缓解矿压显现现象,切顶高度和切顶角度对巷道围岩控制有显著影响,切顶高度越大卸压效果越好,但当切顶高度达到一定程度后,继续增加切顶高度对应力降低影响不甚明显;切顶角度大时煤柱内的应力显著降低,切顶角度小时更利于优化巷道附近应力环境;马脊梁煤矿5015巷应用二氧化碳致裂技术切顶卸压,顶底板移近量、两帮变形量、支承压力峰值较未切顶时分别降低22.6%、28.7%、21.8%,显著改善了巷道的应力环境,减小了围岩变形量,有助于解决强矿压显现问题。

改革开放30年煤矿井筒建设技术及装备发展

介绍了改革开放30年我国立井施工技术装备的发展,对钻井、注浆、冻结、等特殊凿井技术、深井立井施工机械化配套、反井钻井技术等技术发展进行了详细的论述,并展望了立井施工技术的发展方向。

煤矿井孔钻进技术及发展

针对井孔施工对于矿井建设、开拓准备和煤炭开采的安全及效率的重要性,对煤矿的井筒和钻孔进行了分类,将人员能够下井施工的定义为井或井筒,将只能采用机械钻进的定义为孔。根据钻孔的不同用途分为勘探、爆破、工程、工程辅助、安全及抢险等类型,对井孔的钻进破岩、排渣、临时支护、永久支护以及偏斜控制等工艺进行分析,论述了冲击、刮削、截割和挤压等不同的破岩方法及适用条件,各种类型的排渣方式、泥浆护壁及跟管钻进等临时支护,套管及井壁等永久支护形式及安装方法,对于大直径井筒钻进采用的钟摆降斜,小直径钻孔的钻孔随钻测量及螺杆钻具纠偏等作了说明。从破岩方式变革、智能轨迹控制、无人化钻井装备及柔性能量传递技术等方面,提出了钻进技术发展方向。

地面预注浆技术在汉水泉三号煤矿副井中的应用

介绍了汉水泉三号煤矿地层条件,结合行业标准及以往施工经验,设计了副井井筒地面预注浆技术方案。根据现场施工情况,总结了注浆压力、注浆量、吸水率等参数,分析了汉水泉三号煤矿副井中生代侏罗系地层注浆质量,论证了地面预注浆技术在汉水泉侏罗系地层中的可行性,为地面预注浆技术在西部中生代地层中的应用提供了参考。

煤矿立井预注浆堵水技术

介绍了我国煤矿注浆技术的发展历程,北京研究建井所成立以来在注浆材料、注浆设备和注浆工艺方面的研究成果和应用情况,目前国内先进的工作面快速注浆工艺、黏土-水泥浆注浆技术、冻-注-凿和钻-注平行作业技术、L型钻孔注浆技术、千米深井注浆技术,以及新型的注浆自动搅拌机具、高压泵、高压止浆塞、顶驱钻机等设备;对今后深井凿井技术发展趋势进行了展望。

煤矿立井钻井泥浆存在的问题及引进石油钻井泥浆技术的必要性

煤矿立井钻井法凿井,井筒深、直径大,地质条件复杂,需多次扩孔,所需的泥浆量大,洗井循环时间长,泥浆参数调整困难,使得钻井效率低;采用分散泥浆体系进行临时支护,容易出现泥包钻头、膨胀缩径、泥浆稳定性差及泥浆废弃量大等问题。针对这些问题,提出了解决煤矿立井钻井泥浆技术问题的对策。即采用抑制性泥浆体系,发展低固相或无固相泥浆,选择合理的泥浆参数,引进石油处理剂和泥浆固化技术及综合利用等。石油钻井泥浆技术可为煤矿立井钻井泥浆提供技术支持,引进是非常必要的。

深井巷道围岩L型钻孔地面预注浆加固技术

为提高深井巷道围岩的稳定性和支护体系的安全性,提出采用定向钻进L型钻孔地面预注浆加固技术,其关键技术包括L型钻孔技术、水平孔止浆技术、新型加固浆液研制等,重点介绍了L型钻孔技术中的钻孔装备、测斜定向装备和钻井泥浆质量控制技术。应用此技术对信湖煤矿井底车场的中央泵房、变电所进行了注浆加固,实现了垂深999 m水平段注浆加固距离200 m。结果表明该技术可在明显减少地面预注浆孔数的基础上,大幅提高单孔注浆范围和注浆效果,单孔造斜段注浆量可达1 459 m3,水平加固段注浆量可达955.5 m3,确保了深井巷道围岩的稳定性。

深部矿产资源开采矿井建设模式及其关键技术

深部矿产资源开采是我国资源持续供给和保障经济高速发展的重要物质支撑,井巷工程作为进入深部开采的安全通道是进入深部开采的咽喉,因此,深部矿井建设关键技术是实现深部矿产资源开采的重要技术支撑。基于深部矿产开采矿井工程设计与装备制造先行的理念,深部矿井建设模式、优化设计与理论、矿井建设技术与智能装备、智能监控技术体系、矿井建设与生态环境互馈等方面亟待取得突破。系统分析了矿井赋存地质条件探查、数据融合反演与透明化重构技术及其亟待攻克的科学问题;梳理了深部矿井井巷优化设计方法、建设模式、建井提运装备的发展现状和面临的难题;基于深部井巷围岩"应力调控-改性-支护"理念,提出了围岩应力调控技术,地面预注浆加固、抗渗、降-隔-保温技术等围岩改性技术,以及矿井工程支护结构等围岩控制理论与及其关键技术;提出了深井智能掘进装备与智能控制系统研发体系,梳理了机械破岩掘进装备制造与发展趋势,从高效破岩与排渣、装备构成与空间优化、精确智能钻井控制3个方面分析了上排渣竖井掘进机设计与制造亟需攻克的科学问题与技术难题;围绕破岩掘进复杂工序智能监控、围岩与井壁结构稳定智能监控、井筒内运行设备智能监控,提出了深部矿井全生命周期智能监控系统与关键技术体系。基于以上深部矿井开拓模式的优化设计、建井装备及其相应关键技术工艺的深入思考和分析,有望为深部矿井安全高效绿色建设提供解决思路。

立井建设中的钻-注平行作业施工技术

建设大型现代化矿井通常采用立井开拓的方式,对于冲积层段采用钻井法、基岩段采用地面预注浆的井筒,针对传统施工顺序施工工期较长的问题,通过"十一五"国家科技支撑计划课题"钻-注平行作业关键技术研究及示范工程"的研究,确定了钻井与注浆在时间和空间关系上的设计原则,解决了高精度随钻测斜仪、钻井泥浆受注浆浆液影响的监测等关键技术,在国内外首次实现了注浆与钻井法施工在一定时间和空间内平行作业,可以节省建井工期20%～30%;着重阐述了钻-注平行作业的特点、实现方式、设计原则及其支撑技术。

煤矿立井泥浆技术研究与应用现状分析

介绍了煤矿钻井泥浆技术研究与应用的现状和发展,针对大型煤矿钻井工程,指出了泥浆性能指标难以保持、性能参数调整困难、稳定性要求高等技术难点,以及泥包钻头、膨胀缩径等容易出现的问题并提出了解决问题的方法。

机械式内割刀在煤矿水害区域治理工程中的应用

辛安矿216采区水害区域治理工程中,?178 mm×8.05 mm二开套管的切割、起拔是一项关键性节点的施工工艺。通过采用ND-178型机械式内割刀对二开套管进行切割施工,已成功完成6个分支钻孔的套管切割,且将切割点上部的套管全部拔出孔外。结合工程实例,重点介绍了该割刀的结构和工作原理,以及性能特点,分析了该割刀在施工过程中切割工艺参数的控制。

李家坝煤矿斜井局部冻结技术研究

斜井冻结技术尚处于摸索研究阶段,国内无统一的施工规范。详细阐述了斜井局部冻结的设计原则、施工关键技术,尤其是快速造孔施工及保温层施工工艺。首次在斜井局部冻结施工中引入了冻结管保温层经济厚度的概念,并给出了计算公式,设计出了带有局部保温层的冻结管结构形式,解决了复杂地层条件下斜井局部冻结关键问题。

地面预注浆技术在大贾庄铁矿主井建设中的应用

为解决大贾庄铁矿主井井筒建设面临的基岩裂隙含水层的突水威胁,对大贾庄铁矿工程及水文地质条件进行了充分研究和分析,在主井井筒的基岩段采用地面预注浆技术进行堵水治理。经过压水试验检测,井筒注浆段剩余涌水量为3.01 m3/h,达到了预注浆堵水的目的。

煤矿注浆技术综述

全面介绍了我国煤矿常用的几种注浆技术的发展及其工艺特点,包括常用的井筒地面预注浆、井巷工作面预注浆、井壁注浆,以及近年来逐渐得到发展和应用的帷幕注浆、井下突水灾害注浆,特别是最新研究的地面水平定向钻孔注浆技术在多种场合的应用;分析了各种注浆技术的工艺要点,给出了主要注浆工艺参数的合理取值范围,并对煤矿注浆技术的发展方向做了展望。

定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用

我国煤田地质条件类型多,构造复杂。随着深部资源的大规模开发,我国矿井水害防治形势十分严峻,面临诸多挑战。定向钻探注浆技术有效结合定向钻进技术和注浆技术优势,在煤矿水害超前探查和治理中,得到广泛应用,取得良好效果。重点介绍了定向钻探注浆技术在煤矿顶板水害防治、底板水害防治、断层水害防治、陷落柱探查治理中应用的成功案例,可为煤矿水害防治方案设计和施工提供参考。

千米深井凿井技术研究

介绍国内外千米深井凿井技术现状和存在问题,研发千米基岩掘砌新装备,5m深孔液压凿岩伞形钻架、5m深孔控制爆破技术、液压中心回转式抓岩机和迈步式液压模板研制,实现4.2m段高掘砌循环作业,形成一套新的立井短段掘砌混合作业法及其配套施工设备。

恒源煤矿改建工程井筒冻结壁设计创新及施工实践

介绍了恒源煤矿改建工程中的北风井、北副井井筒冻结工程冻结壁设计的创新,改变了以往设计中一个井筒设计一个冻结壁的模式,在充分分析工程地质水文等资料的前提下,采用了一种新的冻结壁设计理念和方法,即在一个井筒上、下部位设置2个控制层位,设计出上、下2个冻结壁。通过冻结工程施工实践证明该设计安全可靠,经济合理,具有良好的综合效益和社会效益,为今后立井井筒冻结壁设计及冻结施工积累了经验。

李家坝煤矿斜井开拓局部冻结关键技术研究

斜井冻结技术尚处于摸索研究阶段,国内无统一的施工规范。在李家坝煤矿斜井冻结工程实践的基础上开展应用性研究,详细阐述了斜井局部冻结的设计原则、施工关键技术,尤其是快速造孔施工及冻结管保温层施工工艺,提出了冻结管保温接头处理方式,成功应用了斜井冻结步进式投入法,解决了斜井局部冻结关键技术,为类似局部冻结工程提供了借鉴和参考。