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。

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。

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。

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。

信湖煤矿风井钻井工程钻进参数设计

一、工程概况信湖煤矿风井设计净直径7.0m,深度472m,钻井直径Φ9.8m,采用Φ6.0m超前钻和Φ9.8m一级扩孔钻进方案。采用AD130/1000型动力头钻机施工。井筒穿过的地层有第四系、上第三系、上石盒子组下石盒子组。第四系、上第三系砂层松散,粘土层较厚,粘土层厚度较大,可塑性强,膨胀量大。二叠系地层以泥岩、砂岩为主。岩石抗压强度(含水)最大为49Mpa。

基于HHT方法的煤矿巷道掘进爆破地震波信号分析

采用HHT方法和EMD分解对煤矿巷道掘进爆破地震波信号的频谱特征、能量分布进行了研究。结果表明:掘进爆破振动的主振频率在100～250 Hz范围内,而主要能量集中在160～260 Hz,在0～160 Hz频带范围内能量小、且分布较为均匀。由于采用微差爆破,与质点振动的幅值相对应,振动的能量主要集中在0.25 s～0.31 s、0.35 s～0.4 s两个时间段,瞬时能量存在四个峰值,瞬时能量最大的是崩落眼装药起爆。并结合研究成果,从爆破能量控制的角度提出了降低爆破地震效应的对策。

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。

矿井建设科研成就60年

我国矿井建设技术不断发展提高,为解决深厚冲积层和复杂地层中的矿井建设问题起到关键作用。60年来,研究开发了特殊凿井和井巷掘进机械化等技术;从人工手抱钻施工到半机械化掘进、井巷机械化一条线掘进、大型钻机钻井和全断面掘进机掘进,作了大量研发和工程应用工作。煤炭科学研究总院北京建井研究所(建井研究分院)自成立以来,在矿井建设技术方面进行了大量研究。主要介绍三法(冻结法凿井、注浆法凿井、钻井法凿井)一套(井巷机械化配套)技术,以及立井普通法施工和平巷掘进、爆破与支护技术等的相关研究与应用情况。

深井高压地面预注浆水泥基浆材料改性研究

为了满足深井巷道高压地面预注浆技术对加固材料性能的要求,解决普通单液水泥浆易沉淀、扩散性差、初凝时间短等问题,结合工程应用情况,对新型水泥基注浆加固材料性能进行改性研究,以提高其稳定性、延长初凝时间。以水灰比1∶1浆液为研究对象,进行了缓凝剂、稳定剂筛选复配试验,选定了2种复合外加剂,使改性浆液的黏度达到25 s以上,初凝时间最长超过32 h,结石体的微观结构较改性前更为致密,28 d抗压强度与单液水泥浆基本一致,应用于深井巷道地面预注浆加固取得了良好效果。

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。

千米深井基岩快速掘砌施工工艺研究

介绍对千米级深井基岩的快速掘砌施工工艺进行了深度分析和探讨,并结合现场实际进行了实际应用,根据实践经验总结形成了立井施工专家系统。

核桃峪煤矿副立井冻结设计与施工

核桃峪煤矿副立井原采用普通法施工,施工至234 m时,改为冻结法施工,井筒冻结深度950 m,为世界之最,冻结设计与施工难度都很大。重点介绍了该井筒冻结的特点、难点和需要解决的问题;提出了针对该工程难点的三大一小设计对策,以及采用同心双供液管与温控孔等新技术,解决了工程难题,为类似案例提供了经验。

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。

近千米深井冻结施工比较

核桃峪煤矿副立井与英国博尔比钾盐矿1号主立井冻结深度与地层相近、施工方法类似,对这2个井筒冻结施工情况作了比较和探讨。指出近千米深井冻结工程难度很大,一定要认真对待;施工中一旦发生意外,应进行详尽的分析与论证,找出合适方法进行处理,力争一次成功,避免发生二次事故。还介绍了核桃峪煤矿副立井冻结施工中,采用多项新技术,收到了良好效果,为类似工程提供了经验。

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。

精心设计 不断创新 建设世界一流现代化矿井

龙固矿井是山东省巨野矿区开发的第1对特大型矿井,开采条件复杂,建井难度大,存在煤层埋藏深、巨厚松散冲积层、水文地质条件复杂、高地温、高地压、煤易自燃、村庄多等诸多世界级建井难题。矿井设计中,科学确定生产能力、改革开拓部署、创新井筒设计、突破采面布置,一井一面,保证矿井设计能力;并创新资源化利用,建设绿色矿井,在极其复杂的地质条件下,将矿井建设成为了国内外安全高效、绿色开采并极具影响力的智能化矿井。简要总结了矿井设计建设与开拓开采方面的理念和特点,可为类似条件下的矿井设计和建设提供借鉴。

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。