西部地区钻井法凿井壁后充填模拟试验研究

针对西部富水弱胶结地层中深立井钻井井筒壁后充填技术难题,开展了壁后充填模拟试验,对充填效果、充填层抗压强度和抗渗性能进行了分析。以可可盖煤矿中央回风立井钻井井筒为工程原型,基于相似理论原理构建了变态模拟试验系统,采用高性能微膨胀充填材料进行了钻井井筒壁后充填模拟试验。研究结果表明,高性能微膨胀充填材料整体置换护壁泥浆效果好,模拟试验各段置换率均达到97%以上,平均置换率为99.0%;充填层固结体3d抗压强度大于10MPa,28d抗压强度大于30MPa,其强度高、充填固井效果好;在流固耦合作用下,高性能微膨胀充填材料相较于传统水泥浆充填材料有更高的抗压强度和更好的抗渗性能,适宜作为深立井钻井井筒壁后充填材料。但模拟试验也发现,在模型最下部出现少量泥浆沉淀,该段置换效果相对较差。在实际工程充填前,调整泥浆参数、优化泥浆性能可以减少泥浆沉淀,提高工程充填效果。

孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术研究

为解决西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术难题,开展了充填层作用机理及材料配制研究。首先,以可可盖煤矿中央回风立井为工程背景,利用Comsol Multiphysics数值计算软件进行了围岩、充填层和钻井井壁流固耦合作用分析。计算结果表明:有效应力和孔隙水压力分布曲线呈现出明显的“压降漏斗”型特征(即越靠近井筒中心,两者降低速率越快),且曲线的陡降段位于充填层区域;由此可见,在西部孔隙型含水岩层中,充填层不但具有固井和封水作用,而且还具有减载功能。然后,基于有效应力原理和达西渗流理论,提出充填层材料应具有低渗透性、较高强度和较大比重、微膨胀、不收缩,同时拌合物的流动性好、满足泵送机械化施工要求。综上,提出采用高性能水泥砂浆作为西部地区孔隙型含水岩层钻井井筒壁后充填材料。最后,通过正交试验测定了充填材料的主要物理力学性能,并采用极差分析法研究了粉煤灰与膨胀剂质量掺量对充填材料各因素指标的影响;同时,将比重、三轴抗压强度、渗透系数3者作为其性能的最终评定指标;基于综合平衡法获得水泥、粉煤灰、膨胀剂、水、砂、泵送剂等壁后充填材料的最优配合比为1∶0.286∶0.143∶2.144∶0.443∶0.0143。论文研究结果为西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井的壁后充填提供了工程应用基础。

西部钻井法“一钻成井”新型高强复合井壁力学特性

针对西部地区富水弱胶结地层中深、大钻井井筒“一钻成井”支护难题,提出采用高强钢板-混凝土复合井壁新型结构。首先,以内蒙古鄂尔多斯市陶忽图煤矿北风井为工程原型,基于相似理论推导了复合井壁结构模型试验相似指标,通过正交模型试验,研究了不同井壁厚度、混凝土强度等级和钢板型号情况下高强钢板-混凝土复合井壁的力学特性。其次,采用数值模拟方法,计算分析了高强钢板-混凝土复合井壁极限承载力的影响因素及其变化规律。然后,根据模型试验与数值计算结果,构建了高强钢板-混凝土复合井壁承载力和混凝土抗压强度提高系数计算公式,并给出了各影响因素的取值范围,同时提供了该种井壁结构的工程应用设计优化方法。最后,分析了复合井壁结构中锚卡的力学作用效应。研究结果表明,在复合井壁结构中,由于高强钢板屈服强度高,可更好地对中间混凝土产生复合约束作用,混凝土抗压强度提高系数可达2.3~2.6,井壁承载力显著提高。在相同条件下,与Q345钢板相比,高强钢板(Q460~Q620)-混凝土复合井壁的极限承载力可提高7.14%~19.46%,井壁厚度可减薄8.18%~19.52%,且增大内层钢板厚度更有助于提高井壁极限承载力。复合井壁结构中锚卡约束着内钢板,使其达到屈服应力后不会过早发生屈曲失稳,同时对中间混凝土提供约束作用,保证其处于三向受压状态,2者起到很好的复合作用,有利于井壁结构整体受力。

658m软岩普通法凿井井筒冻结修复关键技术

提出深厚软岩普通法凿井井筒冻结修复之关键技术,以确保塔然高勒主井冻结方案安全可靠、技术经济合理。对今后类似工程具有一定借鉴意义。

冻结法凿井设计探讨

在不稳定的厚表土层中建设井筒或修筑其他地下工程,必须使用特殊施工法,如冻结法、钻井法、沉井法、帐幕法、掩护筒法(也称盾构法)等。在深厚表土层中,以采用冻结法和钻井法为主。因此,井壁(井简的永久支护结构物)和冻结壁(冻结法凿井的临时支护结构物)就成为厚表土层中地下工程设计和施工保障的主要对象。

钻井井壁冬季预制施工混凝土配制及养护技术

随着我国煤炭产业重心西移,内蒙古、陕西、宁夏等地还需开展煤矿新井建设,这些新建矿井的井筒大多需要穿越深厚的白垩系、侏罗系岩层,需采用特殊法凿井。钻井法凿井具有作业环境好、机械化程度高、施工本质安全等优点,是今后深立井凿井的发展方向。但西北地区冬季气候干燥寒冷并伴有大风,在如此严寒的冬季如何确保钻井井壁施工质量,已成为施工中亟待解决的技术难题。为此,开展了严寒地区钻井井壁冬季预制施工混凝土配制及养护技术研究。首先,根据中东部地区钻井法凿井工程经验和西北地区冬季条件,提出严寒地区预制钻井井壁混凝土配制原则;然后,通过大量的正交配制试验,获得符合设计要求的钻井井壁高强高性能混凝土,从源头上保证了混凝土水化热的降低;最后,提出钻井井壁冬季预制施工应采用的技术措施有:对混凝土各种原材料进行预加热,混凝土在搅拌及运输过程中都需做好保温措施,并在施工现场搭建蒸汽保温养护棚,确保井壁养护条件,避免井壁产生裂纹。

深冻结井筒竖向可缩井壁的设计与施工技术

论文针对深厚表土层冻结法施工的立井井筒可能因竖向附加力作用而发生破裂这一技术难题,根据设计原则研制了一种深冻结井筒竖向可缩井壁结构。详细叙述了该井壁结构的制作方法和现场施工技术,并在丁集矿三个井筒中得到了成功应用,可为新井建设中的新型井壁结构的设计和施工提供参考依据。

双层钢板混凝土复合井壁设计计算方法研究

通过对双层钢板混凝土复合井壁结构受力分析指出,由于内、外钢板筒的约束作用,中间混凝土层完全处于三轴受压应力状态,混凝土抗压强度得到了较大程度地提高。根据现行混凝土结构设计规范关于多轴应力状态下混凝土强度验算的相关规定,提出了双层钢板混凝土复合井壁设计计算新方法,并得到了模型试验的验证,通过实例计算结果表明,采用这一新方法设计的井壁结构不但安全可靠,而且还可大大降低井壁混凝土的设计强度等级或减薄井壁厚度,解决了特厚表土层钻井井壁结构的设计计算难题。目前,该方法已应用于工程实际的井壁结构设计中。

泥浆中超深钻井井壁竖向稳定性分析

在调研国内外深井建设的基础上,结合工程实际情况,将井壁假定为下端固定、上端自由的压杆。采用解析解、Newmark数值计算对安徽板集煤矿主井、风井井壁的稳定性进行了验算,在分析计算中计入井壁变截面刚度、自重和配重水高度,泥浆对井壁浮力等因素变化对井壁竖向稳定性的贡献。计算结果表明,安徽板集煤矿主井、风井井壁泥浆中下沉均不会发生失稳,与工程实际及现场监测结果符合。提出防止超深钻井井壁失稳的技术措施,可供实际工程参考。

控制爆破法处理深井卡钻事故

通过理论和数值模拟分析了控制爆破技术处理深井卡钻事故方案的可行性,提出进行控制爆破的几个关键技术点和方案实施时主要注意要素。根据计算出的一次最大起爆药量,在钻头下方进行小药量、多次爆破,成功地解决了深井卡钻问题,可为类似工程提供参考。

查干淖尔矿风井冻结温度场分析

采用ANSYS软件对查干淖尔矿风井冻结法施工的冻结温度场进行数值模拟,根据测温孔测得的温度数据,对冻土热物理参数进行了参数反演,获得了符合工程实际情况的冻土热物理参数,基于反演得到的最优参数,预测分析了井筒开挖层位的冻结壁平均温度、冻结壁平均厚度、井帮温度、冻结交圈时间等设计参数,为井筒的施工提供了科学的指导作用。

泵送法预制钻井井壁工艺的应用

淮南矿区某煤矿主井与风井采用钻井法施工,钻井井壁在地面预制。在国内首次尝试将泵送工艺用于预制钻井井壁,并获得了成功,取得了很好的经济与社会效益。

局部冻结在深厚表土矿井的应用意义和实施

局部冻结在深厚表土矿井建设中具有很大的应用价值,主要应用于多排孔冻结中。但是要达到局部冻结的顺利实施,需处理好许多关键性的问题。郭屯风井局部在总结了多个井筒的经验上得以成功,将为以后的深井局部冻结提供有力的实践依据。

陈蛮庄风井冻结方案设计优化

通过陈蛮庄风井冻结方案设计优化,为今后深厚冲积层立井多排孔冻结方案设计提供借鉴。

大型钻井井壁大流动高强泵送混凝土研制

淮南板集煤矿主井与风井采用钻井法凿井,钻井井壁在地面预制施工。我们在国内首次将混凝土泵送工艺成功应用于钻井井壁混凝土预制,取得了巨大的经济与社会效益,简要介绍了钻井井壁的大流动高强泵送混凝土的研制过程与技术要点。

我国煤矿竖井钻机的发展

在论述我国煤矿钻井法施工中所用的竖井钻机的发展的基础上,介绍了中煤矿山建设集团有限责任公司制造的AD130/1000钻机,该钻机采用液压驱动,大油缸提升,动力头结构。该钻机的主要性能:扭矩600kNm;提升力8000kN;转速0～18rpm;钻井直径φ13.0 m;钻井深度大于1000 m。该钻机具有能力大,扩孔次数少;安装和拆卸简便快捷的特点,使我国钻井机的发展上了一个新台阶。

张集中央风井冻结管断管原因分析及处理技术

结合工程实例,介绍了工程概况,并就断管原因进行了详细的分析,阐述了断管处理方案的确定,论述了断管处理方法及关键施工技术,为以后的冻结法施工不出现断管事故和断管事故的应急处理积累了经验。

大口径煤矿瓦斯抽排地面下井钻孔施工技巧初探

煤矿瓦斯抽排地面下井钻孔施工由于面临口径大、下管道重量大等问题,导致施工难度相对大,施工问题也较多。本文从多个角度介绍施工待解问题及问题解决方法。主要介绍内容有,大口径瓦斯抽排钻孔垂直度、套管稳定性、水泥浮力板(塞)设计及下放深度等关键技术基础上的施工技巧。

祁东东风井冻结表土段快速施工总结

针对祁东东风的工程特点,设计出了祁东东风井施工的最佳冻结方案,在加强施工过程监测、分析与控制方面进行了论述,以使建井工期缩短,提高社会经济效益,为以后表土冻结井设计与施工提供了既安全可靠又经济快速的参考方案。

杨营副井冻结工程三灰高流速地下水处理办法

杨营煤矿副立井石炭系太原组三灰水流速高达72m/d,采用冻结法施工。该工程没有采取事前处理,而是结合信息化施工和应急预案成功解决这一难题,节约了大量成本、缩短了总工期,取得了良好的经济和社会效益。