石门揭煤局部防突措施研究进展及展望

随着矿井开采深度的增加,瓦斯突出问题日益凸显,如何快速安全地进行石门揭煤,是保障煤矿安全生产的重要目标。选取中国知网数据库中近30年相关文献为样本,基于图谱分析法,分析了石门揭煤局部防突领域中的研究热点;对防突措施的研究进展和不足之处进行了系统探析,分析发现低温冷冻技术从降低煤层储能及提高煤体强度2个角度实现防突。煤与瓦斯突出事故的发生是煤层储能失稳后突破了煤体抵抗能力导致的,基于目前局部防突领域存在的技术难题以及人工冻结存在的不足,结合智能化技术,提出智能“钻-抽-注”一体化措施,通过信号基站及局域网络进行实时监控及预警,实现精准防突;通过建立多物理场耦合模型、理论分析及工程实践验证3方面相结合,掌握冷冻条件下煤岩体瓦斯赋存状态及运移规律,为低温冷冻技术在石门揭煤局部防突中的应用提供理论依据;借助智能液氮冻结系统,实现“一孔多功能”,为石门揭煤局部防突工作提供新的选择和支持,从而快速、安全揭开突出危险性煤层。

西部软岩地层冻结井筒固管水文孔施工技术

西部软岩地层具有隔水层较薄、含水层较厚的地质特征,在冻结法施工井筒时会造成水文孔报导困难。水文孔是判断冻结壁发展规律和确定井筒开挖时间的主要依据,为了确保水文孔能够准确报导,采用水泥浆固管技术来封堵水文孔套管与围岩之间的环形空间,以确保套管与地层有效黏合,并避免上下层位串水。通过工程实践,验证了该项技术的可行性,为井筒修复冻结工程及类似工程提供了有价值的参考。

卸压孔设置对冻结暗挖隧道冻胀卸荷影响研究

冻结法暗挖隧道施工中,冻胀常导致土体和隧道等发生大变形,给地铁隧道和周边环境以及建(构)筑物带来不利影响。以福州市滨海软土地层冻结暗挖隧道工程为例,通过对原型工程建模和非线性分析,综合实测数据及工程情况,分析冻胀变形分布规律和设置卸压孔前后冻结暗挖隧道的位移变化特点。研究结果表明:人工冻结加固技术结合卸压孔应用,对土体冻胀力的释放和冻胀变形的控制效果较好,与没有设置卸压孔时的地层相比,卸压孔在冻土帷幕冻结交圈形成后,为土体冻胀提供自由变形空间,降低了土体的冻胀位移和冻胀应力;冻结期末2个冻结暗挖隧道中心点纵向剖面处冻胀位移最大值由28.88 mm降至16.75 mm,冻胀应力最大值由335 kPa降至265 kPa,卸压作用效果明显。研究结果可为人工冻结暗挖隧道工程提供借鉴和参考。

新型冻结法连接通道冻结孔钻孔密封及封孔施工技术研究

冻结孔钻孔及封孔是冻结法连接通道施工的关键环节,其每个环节的质量控制不当均可能引起施工风险。结合以往冻结法连接通道冻结孔施工过程中的风险案例,分析常规冻结孔钻孔密封及封孔工艺存在的不足,研究1种新型预埋孔口管的冻结法连接通道冻结孔钻孔密封及封孔施工技术,同时通过试验验证工艺的可行性,为以后冻结法连接通道安全施工提供支撑。

联络通道钻孔偏斜对冻结壁影响分析

为了分析在符合规范要求下的冻结孔偏斜对冻结效果的影响,以北京地铁27号线某联络通道冻结法施工为背景,根据施工方案进行工程数据实测,并利用COMSOL软件对该联络通道的冻结过程进行了数值模拟,对实际成孔位置和设计成孔位置条件下的温度场进行对比分析,进而得出冻结孔偏斜对冻结效果产生的影响。研究表明:即使在冻结孔偏斜满足设计要求,其偏斜对冻结壁有效厚度和平均温度的影响仍无法忽略,计算在考虑冻结孔偏斜情况下,联络通道两侧冻结壁有效厚度下降11%,平均温度上升1.9℃,从而对冻结施工产生不利影响;冻结孔偏斜会导致孔间距增大,从而形成冻结壁的薄弱区。因此想要精准评价冻结效果,必须在数据分析中考虑冻结孔的偏斜问题。

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。

冻结管偏斜作用下的冻结效果分析

在联络通道冻结施工中,钻孔偏斜问题一直是困扰冻结效果预测与分析的关键问题,为分析钻孔偏斜对冻结效果的影响,本文采用数值计算的方法对不同孔间距条件下的冻结问题进行了讨论。研究结果表明,孔间距与冻结壁厚度呈指数递减关系,而与冻结壁平均温度呈线性递增关系,进而通过冻结壁承载能力劣化指标进行讨论发现,当孔间距从0.6 m增长至0.8 m时,承载能力将下降22%,增长至1.0m时,承载能下降53%。相关研究结果将为类似联络通道的冻结效果预测与方案设计提供参考。

超大孔间距液氮冻结技术在轨道交通设计和施工中的应用

目前液氮冻结法加固地层设计的孔间距无统一规定,基本控制在0.6~1.5 m之间,不同孔间距的冻土平均发展速度也不一致。以上海市轨道交通14号线大世界站基坑工程为例,论述了4 m超大孔间距液氮冻结技术的成功应用,分别对冻结设计、实际冻结过程参数进行分析,提供了超大孔间距设计、冻结发展速度、冻结壁发展厚度和冻结平均温度的计算结果,解决了因下卧电力隧道造成地连墙零插入比而无法封闭情况下的基坑开挖面水、砂突涌施工难题,并保障了电力隧道的安全,可为类似工程设计和施工提供依据和参考。

深厚冲积层立井冻结井筒井帮温度调控及效果分析

针对深厚冲积层地区立井井筒冻结中井帮温度偏低的问题,以某风井井筒冻结为例,根据该井筒所处地层以黏性土为主、地下水流速大等特点,进行了外圈孔为主冻结孔的冻结方案设计。采用井帮温度预测值比对方式,采取了调节盐水温度,提前开、停内圈盐水循环,间歇循环等手段,将冲积层段的井帮温度控制在不低于-12℃,取得了较好的效果。在井筒掘进期间进行的井帮位移监测结果表明,当模板高度不高于4 m、单个循环段高掘砌时间不超过32 h时,单侧井帮位移平均值不大于26.5 mm;当单个循环段高掘砌时间从32 h延长至34 h后,约有22%的井帮单侧位移量超过50 mm。

环形巷道在生产矿井冻结孔水害治理中的应用

通过分析胡家河煤矿副立井井筒冻结孔水害形成机理及反复原因,发现冻结工程自然解冻后,冻结孔环状空间将所有的含水层连成一体,高压水力作用下会造成马头门突然涌水。为不影响矿井正常生产,在井筒隔水层中沿冻结圈施工小断面环形巷道,减少井筒扰动,逐步揭露、截断冻结管,对冻结孔环状空间注浆加固,并对环形巷道回填混凝土,形成人工隔水层,彻底隔断环状导水通道,从而根治立井冻结孔水害。环形措施巷系统工程治理冻结孔水害对矿井正常生产的影响程度较低,且治理的质量可靠,对同类条件矿井有良好的借鉴意义。

富水砂卵石地层近水平冻结孔打钻技术研究

为解决北京地区富水砂卵石地层近水平冻结孔打钻效率低、偏斜控制差、冻结管断裂、灯光测斜难使用的技术问题,文中以北京地铁12号线长-苏区间联络通道工程为例,来探索适合富水砂卵石地层的近水平孔保压钻进新装备与技术,包括对PDC钻头优化、导阻器研发、新型孔口密封装置、钻机定向纠偏仪、近水平孔的陀螺测斜仪测量技术研究,形成了一套冻结孔施工工艺。工程采用的冻结孔施工新工艺,也成功解决富水砂卵石地层中冻结孔打钻难题,可为相似工程施工提供技术参考。

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。

冻结法施工的地铁旁通道实测数据分析

结合上海地区某冻结法施工的地铁旁通道,对水平冻结、土体开挖顺序、土体融沉及后期注浆等主要施工工艺进行了介绍。根据该实际工程在施工过程中,盐水温度、冻土温度、地表沉降、卸压孔压力、隧道变形等的监测数据,对监测成果进行了分析研究,对各种监测数据变化规律进行了总结,最后针对各主要施工环节提出了一些建议,为今后旁通道施工提供了一定的参考。

深部高承压水地层裂隙岩体冻结温度场实测研究

通过深部高承压水地层冻结法凿井现场实测,获得矿井裂隙岩体各个层位测温孔的温度和盐水去回路干管温度变化规律.结果表明:测温孔实测温度在冻结初期呈线性下降规律;当温度继续降低到岩石的结冰温度以后,降温速率逐步增加;当冻结帷幕达到设计温度时,实测温度变化趋于平缓;外圈管外侧测温孔降温速率最慢,两圈管之间位置的测温孔降温速率最快;位于不同位置不同层位的测温孔降温速率不一致,其中位于92 m深度的卵石层(C1~#测温孔)降温速率为0.54℃·d^(-1),位于209 m深度的砂质泥岩(C3~#测温孔)降温速率为0.9℃·d^(-1);根据实测温度可以预测地层形成冻结帷幕的交圈时间、厚度、平均温度等冻结设计参数.深部裂隙岩体冻结温度实测资料对指导冻结帷幕设计与施工具有重要实践意义.

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。

陆地天然气水合物孔底冷冻取样方法

如何获得品质优良的原状样品成为探明陆地天然气水合物赋存条件与储量的关键技术之一。在分析天然气水合物热物理性质和温压特性的基础上,采用主动式降温的方法,通过外部冷源在孔底降低水合物岩心温度,降低水合物的临界分解压力,抑制水合物分解,获得水合物保真样品:据此提出了天然气水合物孔底冷冻取样方法。设计的取样器总体结构由单动机构、控制机构和制冷机构组成,其工作原理主要为孔底冷冻岩心和地表取心,同时分析计算了取样器冷冻岩心所需的能量。通过钻探取样试验钻获冷冻岩心,证明天然气水合物孔底冷冻取样方法能够实现孔底冷冻岩样。该方法可以应用于天然气水合物保真取样。

对深井冻结凿井中水文孔不溢水问题的分析

通过工程实例,对目前深井冻结工程中的水文孔不溢水原因进行了较详细的分析,提出了应该从水文孔报道层位的设计、水文孔的结构、冻结管的偏斜控制、钻孔的施工质量控制、地下水流速度控制和根据不同工程和地质条件对水文孔溢水时间的预测以及加强冻结信息化监测和分析等方面采取措施,来保证水文孔的正常溢水和冻结井筒按时开挖。

某铁矿冻结孔的缓凝水泥浆固管充填技术

近年来,冻结法凿井技术在我国富水岩层矿井建设中的应用越来越广泛。为防止冻结壁融化后冻结孔成为竖向导水通道,威胁矿井的安全,冻结孔必须开展固管充填处理。针对某铁矿回风井冻结法凿井面临的地层条件及钻孔泥浆特点,通过室内及现场试验研究,获得了具有良好稳定性、较长缓凝时间且能与钻孔化学泥浆相容的缓凝水泥浆液配方,并研究制订了合理的冻结孔固管充填施工技术与工艺。冻结孔固管充填技术在该矿井的成功应用,证实了所研发的缓凝水泥浆液配方及相关施工技术与工艺的可行性与可靠性。

干冰升华式天然气水合物孔底冷冻取样器的研制

针对天然气水合物的赋存特点,研制天然气水合物孔底冷冻取样器。取样器是以干冰为冷冻剂,酒精为助冷催化剂和载冷剂的冷冻方式来实现孔底冷冻岩样。介绍了取样器的技术参数、冷冻方式原理、工作原理和结构特点。

井筒冻结水文孔溢水的检测与分析

通过采用不同的检测和试验方法准确查明了出水水源与通道 ,为井筒下一步施工方案的确定奠定了基础。