富水砂卵石地层冻结孔钻进泥浆配比优化研究

在富水砂卵石地层地铁联络通道近水平冻结孔钻进时,因泥浆黏度低,稳定性差,护壁及润滑作用弱造成泥浆损失及钻头磨损严重、塌孔、卡钻和断杆等问题。为了优化富水砂卵石地层下冻结孔钻进泥浆配比,通过单因素试验以及响应面分析法中的Box-Benhnken(中心组和)正交试验方法进行试验设计与数据分析,得出适用于富水砂卵石地层冻结孔钻进泥浆优化配比。基于北京地铁12号线的工程应用表明:采用优化泥浆配比,即膨润土含量为7.18%,水解聚丙烯酰胺含量为0.20%,钠羧甲基纤维素含量为0.19%,硫酸铝的含量为0.03%时,泥浆黏度提高32%,泥皮厚度增加了20%,滤失量减少了30%,润滑系数减少了60%,冻结孔钻进泥浆主要性能指标明显改善,冻结孔打钻时的减阻效果显著,钻杆所受轴力平均减少15%,所受扭矩平均减少13%,泥浆的膨润土用量和回流损失量减少了30%,材料成本明显降低,未发生塌孔、断杆和卡钻等工程事故,冻结孔钻进效率及成孔质量明显提高。

考虑井帮收敛的深井冻结壁塑性设计研究

合理的冻结壁设计是冻结法成功的前提。为了研究井帮位移收敛量对冻结壁厚度设计的影响,采用柱形孔收缩理论,推导出塑性冻结壁和弹塑性未冻地层力学模型的应力、位移完全形式解,建立冻结壁厚度塑性计算公式;采用两种计算公式和数值模拟方法研究工程案例,并验证新公式的正确性;分析了水平地压、冻土的黏聚力与内摩擦角、未冻土的弹性模量与泊松比、未冻土的黏聚力与内摩擦角等参数对井帮变形和冻结壁厚度的影响规律。结果表明:对于完全塑性冻结壁、弹性地层力学模型,考虑井帮位移收敛影响与否,800 m深处冻结壁厚度相差约8.6%,井帮变形量约0.17;在预测千米表土立井井帮变形方面,新计算式具有一定的理论意义与实用价值。

复杂地层井筒冻结壁异常状况监测技术研究现状与展望

为了实现对复杂地层条件下井筒整体冻结壁异常状况的早期预报、过程监测、效果评价,综述了测温孔观测、水文孔观测、冻结器内纵向测温、地质雷达技术、超声波监测技术等在技术原理、检测方法、应用现状等方面的进展。以新疆塔什店煤矿副井冻结工程为典型案例,分析出目前井筒冻结壁异常状况监测技术在应用过程中存在的主要问题包括:测温孔受限于布置位置,无法准确反映远距离冻结壁局部温度异常情况;水文孔在事故井筒冻结工程当中无法布置;纵向测温法具有停冻准备时间长,测试人员多,冻结壁开窗距离推算结果偏差较大等缺点。针对此,对纵向测温监测技术、超声波监测技术、冻结壁异常状况监测体系等方面的研究方向进行了展望,提出了复杂地层条件下井筒冻结壁异常状况监测体系构思。

特厚黏土层多圈孔冻结壁温度场实测研究与工程应用

中国国内冻结法凿井通过冲积层的厚度已突破500 m接近了600 m,收集了前10个井筒的多圈孔冻结方案和施工资料,对其中赵固一矿2个特厚黏土层冻结井,开展了多圈孔冻结壁温度场实测。分析前期冻结井存在浅部片帮、深部冻实、冷量浪费、掘进速度慢的问题。主要原因是设计的冻结壁过厚、冻结孔布置圈径不适应,中圈孔过多、内圈孔过深,中、内圈交汇后冻土向内侧扩展速度过快,主冻结孔布置在中圈冻结期间调控能力差。研究提出冻结壁厚度计算和相匹配的3圈孔冻结,以外圈为主冻结孔、中圈辅助孔、内圈防片帮孔的布孔方法,在赵固二矿3个530 m的特厚黏土层冻结井应用,有效解决了冻结与掘砌的矛盾,技术经济效益大幅提高。

深厚冲积层多圈孔冻结壁温度场发展研究

冻结壁温度场发展是人工冻结法施工在井筒建设过程中最重要的组成部分,对井筒开挖和安全施工有重要的影响。因在地下进行大面积、长时间冻结,土体会发生复杂变化,无法进行相似模拟实验,数值模拟软件成为最直接的辅助工具。本文通过合理的多圈孔布孔方式,考虑钻孔偏斜、冻结过程中水的相变潜热、不同温度下导热系数及热容等影响因素,结合实测数据,运用数值模拟软件COMSOL Multiphysics建立多物理场耦合对温度场发展进行研究。以某矿西风井深厚冲积层为研究对象,针对91 d冻结壁温度场发展进行模拟。模拟交圈时间为44 d,冻结壁平均发展速度为25.36 mm/d,与实测交圈时间50 d、冻结壁平均发展速度22.72 mm/d相比有微小的误差,模拟结果与实际情况符合程度良好,并推论出以最外圈为主冻结孔对冻结壁发展速度的影响及利弊。综合前人模拟结果,此模拟方法更具有理论意义及工程指导价值。

深厚冲积层冻结壁融化过程中温度场现场实测与分析

利用冻结法凿井测温孔在冻结壁融化过程中的实测数据,对深厚冲积层不同土层的融化速率进行了分析。依据测温孔实测曲线,并对曲线进行了拟合,得到在深厚冲积层冻结壁融化阶段测温孔的温度时间曲线可以用幂函数来表示。并通过计算,得到了不同土层相应的融冻时间比。

严寒气候对露天矿山安全爆破影响的分析

我国现有露天煤矿很大一部分位于内蒙古中北严寒干燥地区,受寒冷气候影响,露天矿山爆破作业遇到诸多困难。针对实际爆破中遇到的一些常见问题,诸如炸药性能、水结冰、冻土、爆破振动等进行理论分析,并结合矿山实际工作者的经验,提出了相应的解决措施,最大限度地改善严寒气候对露天矿爆破造成的负面影响。

冻结管爆破注浆加固技术研究

冻结管射孔注浆是在对石油输油井射孔技术和地面注浆技术进行研究的基础上 ,开发出的一种用于煤矿冻结井筒围岩加固和堵水的全新技术。它利用聚能射孔爆破技术 ,在预定地层位置将冻结管射穿 ,同时在地面利用冻结管及射孔弹道对特定地层进行注浆充填加固 ,既可实现井壁堵漏 ,又能减少由于地层沉降对井壁的垂直附加力。该技术具有地面注浆不需造孔、井下围岩注浆不用破壁、准备工作简单、安全性好、节省工程费用等优点 。

冻结孔偏斜对白垩系地层冻结凿井影响研究

通过对泊江海子矿风井冻结过程冻结壁温度场现场实测,同时结合冻结造孔有、无偏斜条件下数值模拟结果,获得了冻结孔偏斜情况对凿井的影响。冻结孔偏斜情况下冻结壁交圈时间远大于冻结孔无偏斜情况。在冻结壁形成过程中,受冻结孔偏斜影响,同一测试层位不同方位处冻结壁有效厚度、平均温度差别较大;当井筒掘砌至测试层位时,井帮环向温度差别也较大,表明井筒掘砌时冻结壁存在明显的相对薄弱环节。

冻土孔内微差爆破漏斗模型试验研究

单孔一次起爆和孔内微差爆破漏斗模型试验表明：冻土孔内微差爆破可增大爆破破碎深度，降低炸药单耗，减少大块率。

冻土光面爆破参数模型试验研究

以冻结砂土为原型进行冻土光面爆破参数的模型试验研究．结果表明，冻土中实施光面爆破是可行的；当炮孔直径３５～５０ｍｍ时，较为合理的光面爆破参数为：炮孔间距５００～７００ｍｍ，装药密集系数０．８～１．２；较为合理的光面爆破装药结构为径向空气间隙和轴向空气垫层不偶合装药．

有圆形孔的冻土蠕变的光粘弹性模拟实验

从线性粘弹性理论出发，在满足Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ叠加原理的情况下，给出了模型实验应满足的一般相似条件，进一步讨论了冻土蠕变模拟实验的相似条件。确定了冻土及光粘弹性模型的蠕变参数。在此基础上对有圆孔的冻土蠕变进行了光粘弹性模拟实验。

冻结井筒水文孔异常冒水原因分析与冻结壁交圈判断方法

针对淮南矿区6个改扩建冻结井筒在水文观测孔刚施工结束,还未送冷,水文孔就出现异常冒水现象,采用模型试验、数值模拟和工程实践相结合的方法,对水文孔异常冒水原因与冻结壁交圈判断条件进行了分析研究。结果表明:由于6个井筒均采用"上冻下注"法凿井,下部基岩段注浆与上部冲积层段冻结同时施工,地面预注浆压力很大,造成基岩裂隙水压升高,通过弱透水层发生越流作用,对松散含水层进行补给;随着注浆量的不断增加,该松散含水层水位不断上升,直至从水文孔冒出,从而找出了水文孔异常冒水的原因。并通过进一步研究,提出了该种情况下的冻结壁交圈判断标准,并得到工程实践验证,确保了冻结井筒安全施工。

冻土钻进的实验室试验研究——冻土钻探专题之二

介绍了冻土钻进实验室试验条件 ,讨论了室内钻进冻土样品时岩心采取率、钻进效果、岩心原始结构、孔壁解冻与钻进条件的关系 。

季冻区傍山段高速公路设计方案

依托吉林省东部山区高岭隧道进口(牛背岭)段高速公路建设,采用新的设计理念,在修改设计中针对本段的地形、地质、地貌,对傍山段高速公路棚洞设计方案和挖方设计方案,从工程造价和环境保护等方面进行分析比较,提出了傍山段高速公路的棚洞设计思路和方法。

西部深井冻结技术应用及发展

冻结法是封闭含水地层、提高岩土强度形成帷幕,为凿井创造安全生产条件的施工方法。对冻结法凿井关键技术进行论述,以目前世界上最深的冻结井筒冻结深度950m的核桃峪副井为例,对深井冻结、保护冻结技术进行论述和说明,提出对深井冻结技术的合理建议。

割孔注浆技术在西部全深冻结立井防治水中的应用

为了推进割孔注浆技术在西部富水软岩地层全深冻结立井井筒防治水中的应用,以大海则煤矿主立井防治水为工程实例,详细介绍了割孔注浆技术的现场应用情况及取得的成果。实践表明,合理地采用该技术可成功地封堵冻结管外环形空间导水通道,并对受注地层导水裂隙起到了封填堵水的作用,达到了防治水的目的,确保了矿井井筒的安全。

伊敏露天矿穿孔爆破情况分析

介绍了伊敏露天矿冬季爆破的基本情况和爆破效果评价的一般方法。通过统计分析的方法解释了钻孔效率和岩层性质的一般关系,给出了爆破和采掘之间的配合情况。结合生产经验和理论研究列出了几点增加爆破效果降低爆破成本的方法。

白垩系地层深立井冻结壁形成规律数值模拟

为对比白垩系地层冻结孔有无偏斜情况下深立井冻结壁温度场的差异,以内蒙古泊江海子矿副井为工程背景,采用数值模拟方法,建立了冻结孔有无偏斜情况下的数值计算模型,同时结合实际测温孔量测数据,重点分析了冻结造孔偏斜对白垩系地层冻结壁形成规律的影响。

深厚表土层冻结孔井斜控制技术

结合工程施工实践,针对冻结孔施工中的井斜控制技术进行了初步应用研究,优化后的井斜控制技术成功地用于工程施工。