公司標志
站內搜索
經營項目
☆ 礦山防治水技術、設計、施工
★ 地質災害評估、治理設計、施工
☆ 工程測量、工程物探
★ 礦山水災搶險、注漿施工
☆ 礦山與地下工程高新技術開發
★ 地基與基礎工程
☆ 注漿新技術工藝研究開發
★ 井巷工程、礦業工程
☆ 特種專業工程(防水、加固)
★ 巖土工程勘察、設計、監測、施工
☆ 防治水技術及檢測儀器開發
★ 煤礦工程地質水文地質科研合作
聯系我們

聯系人:錢自衛(博士后)

              胡 陳 (總經理)

☆ 電話:15896427831(錢博士)

            13645213869 (胡總)

☆ 郵  箱:[email protected]

☆ 地  址:江蘇徐州中國礦業

            大學南側高新區科技

      園B410室

☆ 郵  編:221116

產品詳情
彬長文家坡煤礦
彬長文家坡煤礦
產品詳情

國內資深建井專家普遍認為,西部礦區巨厚黃土層維護和深部弱滲透富水含水層防滲對于普通法建井是世界性的技術難題。文家坡礦在巨厚黃土層和復雜水文地質條件下采用普通法進行深井建設是具有重大探索意義的施工實踐,在松散層圍巖維護、含水層防滲及洛河組水害治理方面雖遭遇了前所未有的工程難題,但在已有施工經驗基礎上,通過大膽進行工藝創新和新技術應用,有效解決了深厚不穩定黃土井幫維護和洛河組孔隙-微細裂隙砂巖含水層防滲治理兩大技術難題,是復雜地質條件下普通法建井領域的一項重大技術突破。

7.1 項目研究涉及的主要技術難題

文家坡礦在建3個立井設計深度大、建井條件極為復雜:穿過的新生界不穩定土層近300m;白堊系和侏羅系含水層發育,尤其上部巨厚的洛河組砂巖含水層為孔隙-微細裂隙含水介質,富水性好而滲透性弱,揭露水量普遍較大。

7.1.1深厚不穩定土層的技術難點

   文家坡礦立井穿過的松散土層不但厚度大,而且地質工程條件復雜:

(1)中更新統以上近200m層段黃土大孔隙性和豎向節理發育,普遍表現為弱抗水性特點,遇水后顯現出較明顯的濕化、崩解等水化作用;

2)含水層段厚度大,累積厚度近170m,而且實際揭露的富水性、滲透性均與預測結果出入很大。根據井檢鉆孔抽水試驗結果,新生界含水層具有極弱富水性、低滲透性特點,單位涌水量q =0.0011l/s.m),滲透系數k=0.0005514m/d),預測含水層全段揭露涌水量不足1m3/h0.6 m3/h左右)。但掘進至通過上部含水層段后,主、副、風井實際揭露的水量即分別達到了15.01~17.83m3/h、13.32~14.88m3/h17.03~18.28m3/h,且揭露后顯現出較高的滲透壓力,局部層段甚至出現明顯的滲透變性現象;

3)第四系黃土層普遍具有低液限特征,其液限含水量大都只有30%左右,由此導致天然含水狀態下表現有結構松軟、屈服強度低、塑性蠕變性強等綜合工程性質缺陷;

(4)深厚土層開挖,井幫承受高上覆荷載強度。綜合考慮井壁重力、井口井架重力及覆土自重估算,掘深至20m左右,土層所受上覆重力強度即可達到0.5Mpa,大大超過其屈服強度,開挖揭露后井幫基本處于深度塑性狀態,土體的原始結構強度基本喪失,潛在側向變形應力接近0.2Mpa。這種復雜受力形態下,深厚土層開挖的井幫變形極為復雜,一般不是單一的片幫性坍塌或簡單的塑性變形,而往往是受土層結構形態控制的塑性蠕變,開挖后如控制不力,極易由塑性蠕變而引起較大范圍的塌幫。

7.1.2洛河組掘井的技術難點

洛河組是對文家坡礦立井基巖段掘井影響最大的富水含水層組,巖性結構主要由巨礫巖、含礫砂巖及中、粗粒砂巖組成,全段含水,其間無隔水層分布。文家坡礦三個立井穿過的洛河組厚度分別為:251.7m(主井)、246.5m(副井)和229.4m(風井)。

洛河組砂巖為孔隙-微裂隙含水介質,富水性好而滲透性弱,且補給充分。根據井檢2號孔的抽水試驗結果,洛河組平均單位涌水量q=0.1260l/s.m),平均滲透系數k=0.0439m/d),預測揭露全段的井筒涌水量在80.8m3/h左右。但從掘井實際揭露的情況看,洛河組的富水程度要比預測結果好得多,綜合三個立井過洛河組施工過程的井筒實測涌水量統計結果,掘進揭露的延米涌水量普遍在1.0 m3/h以上,過主要富水段的延米涌水量甚至超過2.0 m3/h,風井過洛河組主富水段施工期間揭露的最大涌水量達到115.4m3/h。

開挖揭露的大量涌水對掘、砌施工造成了極大困擾。一方面,洛河組砂巖為鈣質、鐵泥質膠結,固結成巖程度低,膠結性較弱、結構疏松,水穩性極差,爆破松動后遇水快速崩解、泥化,不但造成排矸困難,而且導致井幫水解失穩,塌幫現象頻繁發生。另一方面,井筒涌水也增大了砌壁施工的難度,涌水對水泥灰分的沖蝕嚴重影響到井壁澆筑質量。

7.2 項目研究取得的重要成果

7.2.1研究成果

項目研究通過理論分析、試驗研究、數值建模計算等多種方法,并密切結合現場施工實踐對普通法過深厚不穩定土層和巨厚弱滲富水含水層段掘井所涉及的主要技術難題進行了系統、深入的綜合研究,為深厚不穩定土層開挖的井幫變形控制和弱滲孔隙-微細裂隙介質涌水封堵提供了充分的理論依據和技術保障。

項目研究取得的主要成果如下:

1)深厚松散層變形控制及含水層固化防滲對普通法鑿井解決難度極大的工程問題,類似于文家坡礦井在巨厚黃土、黃土類土條件下采用普通法成井在國內尚無先例。項目研究通過試驗研究和理論分析對高應力狀態下不穩定黃土層的力學強度條件及變形特征進行了關聯研究,揭示了掘井揭露斷面土層的側向位移特點,開挖井幫擾動范圍及自穩段高,為確定普通法過深厚不穩定黃土層合理開挖段高及揭露斷面的側向變形控制技術提供了充分的理論依據和技術對策。

項目也對化學注漿解決此類工程難題的可行性及所涉及的關鍵技術問題進行研究,豐富了區內巨厚松散層礦井普通法建井中的土層加固、防滲技術措施,形成了具有鮮明特色和廣泛適用性的技術保障體系;

2)文家破礦井洛河組砂巖段水害治理在充分考慮實際情況和不同條件基礎上采取了不同的措施:主、副井針對迎頭斷面較大,井下涌水量相對可控的實際情況,在對成井段實施壁后注漿取得充分減滲效果保障下,采取帶水掘進后再分段進行壁后注漿封水的掘進措施;風井因井下涌水量較大,考慮到帶水掘進不但排水能力受限,而且也將嚴重影響井壁澆筑質量,為此,采取了迎頭長段化學注漿構筑防滲帷幕的治理措施。實際應用情況表明,兩種治水措施都取得了預期的效果。從技術適用性和防滲效果角度,兩種治水對策各具特色,是普通法鑿井弱滲富水含水層防滲技術的重大創新和應用拓展;

3)長段化學預注漿是普通法掘井治理弱滲富水含水層水害的有效技術,本項目研究通過大型模型試驗方法對化學漿液在弱滲孔隙介質中的滲透擴散規律、注漿防滲效果技術參數控制等問題進行了深入的研究,并取得了重要的理論認識。在注漿工藝技術方面,對注漿材料聚合性能進一步優化,總結提出了化學預注漿設計方法和工藝管理機制,進一步強化了化學注漿技術的可控性和質量保障性。

7.2.2研究成果的創新特色

項目研究在已有化學注漿解決煤礦深井固砂防滲、微裂隙防滲問題的研究成果和工程實踐經驗基礎上,結合彬長礦區文家坡礦在普通法鑿井過不穩定黃土層變形控制、流砂層固砂防水及孔隙-微細裂隙含水層防滲堵漏等工程難題進行綜合研究,解決了相關關鍵技術難題,研究成果具有重要創新特色

(1)項目研究基于塑性力學理論對深厚不穩定土層開挖井幫力學性狀的研究思路具有創新性,關于開挖井幫變形特點和穩定條件的評價方法和指標體系對于土力學研究領域的拓展具有重要的理論價值;

2)在深厚不穩定黃土片幫防治、強過含水段不穩定土層所采取的變形控制技術對策和工藝管理措施等方面取得了重要技術突破;

(3)在化學漿液對于弱滲孔隙含水介質的可注性及滲透擴散規律問題取得了重要的理論發現,為進一步完善化學漿液聚合過程的可控性、分段預注漿的最優化技術控制參數提供了重要的技術依據。

7.3 項目研究成果的推廣意義

7.3.1施工效率

文家坡礦主、副立井及回風立井井深分別為709.907m、679.7m752.2m,對應凈徑分別為6.5m、 8.5m7.0m。三個立井分別于2009828日和829日先后開工建設,先后于20091116日(風井)、20091127日(副井)和2009121日(主井)通過表土段,于20101018日(副井)、2010121日(主井)和20101222日(風井)落底。

三個立井掘井進度情況大致如下:

1)主井穿過表土段厚度275.8m,掘井工期三個半月,平均月進尺為78.8m;掘井施工到底總工期十五個月,整個井筒掘進的平均月進尺為48.4m;

2)副井穿過表土段厚度277.1m,掘井工期三個月,平均月進尺為92.4m;掘井到底總工期十三個半月,整個井筒掘進的平均月進尺為50.4m;

3)風井穿過表土段厚度290.6m,掘井工期兩個半月,平均月進尺為116.2m;掘井施工到底總工期十五個半月,整個井筒掘進的平均月進尺為48.5m。

文家坡立井的掘井施工是在地質工程條件極為復雜的條件下進行的,井筒涌水治理和井幫維護的技術難度都比較大,三個立井表土層含水段和洛河組合計厚度都在400m以上,這一段高范圍掘井采取小段高開挖,且須同步采取裸面封閉、臨時支護等處理措施,井幫維護附加工程量巨大。另一方面,由于井筒涌水對掘、砌施工影響較大,需要掘井施工與注漿堵水交替進行,由此也大大延遲了掘井進度,因此,總體而論,在這種復雜建井條件下取得如此建井效率實屬不易。

7.3.2經濟效益

經初步對三個立井注漿治水所增加的注漿施工費用統計,至井筒施工落底為止,主井壁后注漿施工增加的費用為468萬,工期78天;副井壁后注漿施工增加的費用為600余萬,工期67天;風井工作面預注漿和壁后注漿增加的費用為1110萬,工期79天。

從經濟角度,如采用凍結法掘井,目前國內大口徑立井延米凍結價格大致在3萬元上下,如文家坡礦三個立井的凍結費用均以此價格計,則凍結費用大約分別為2130萬(主井)、2040萬(副井)和2256萬(風井)。由此可見,文家坡礦采用普通法掘井大大節省了建井費用,如與注漿封水費用相抵,三個立井普通法施工較凍結法節省的工程費用在4000萬以上。不僅如此,凍結法掘井后存在解凍后井筒返滲、凍結孔導流等問題,如考慮這些問題的附加注漿治理費用,則普通法掘井節省的建井費用要比以上估算結果高得多。

盡管普通法過不穩定土層和洛河組富水砂巖含水層的施工難度較大,因注漿治水增加了建井費用,由于井筒涌水治理和井幫維護附加的臨時支護措施也延長了掘井施工工期,但從綜合角度與凍結法相比,文家坡立井采用普通法施工的技術可靠性和經濟合理性的比較優勢是比較明顯的。

7.3.3項目研究成果的工程應用推廣價值

隨著開采深度的加大和高效綜采設備的采用,解決孔隙-微細裂隙含水介質防滲問題的迫切性在我國許多礦區越來越突出。類似于彬長礦區文家坡礦井掘井施工中的中生界孔-裂隙含水砂巖(洛河組)滲水治理難題在西部中生界聚煤礦區非常普遍,對工程影響極大,綜合鄂爾多斯、寧東、隴東一些礦區在建礦井的建井施工情況,傳統的凍結、疏排降水技術在解決此類含水介質滲漏問題都不同程度顯露出了內在技術缺陷。疏排降水最主要的技術難題是降壓速度緩慢、成效甚微,有的礦井(寧東紅柳、麥垛山等)采用豎井、平巷進行聯合強力疏排,最終仍以失敗而告終。根據目前所掌握的資料,尚未有礦井通過疏排降水解決孔-裂隙含水層滲水問題的成功實例;凍結法在解決中生界白堊、侏羅系孔-裂隙含水砂巖防滲問題所遇到的主要技術難題是凍結技術及其解凍后壁后水的治理問題。鄂爾多斯礦區納林河二號井主、副、風井均采用凍結法技術成井,解凍后井筒涌水量激增造成淹井,雖采用強排、進行壁后水泥注漿堵漏,但數月施工仍未取得效果。另一方面,對于孔-裂隙含水層,凍結效果也相對較差,如鄂爾多斯礦區杜姆柴登礦井,主、副、風井采取凍結法,因深部凍結失敗而淹井,雖采取多種措施重復凍結,但始終未取得預期效果。類似情況在寧東礦區也比較多見,有的礦井雖變換采用多種特殊工藝技術和治理措施,但效果始終不理想,由此不但造成巨額建井費用的損失,也使建井工期嚴重延誤。

文家坡礦主、副、回風立井普通法掘井過程通過工藝創新和先進技術應用,有效解決了巨厚黃土層變形控制、洛河組弱滲富水含水層防滲處理兩項重大技術難題。本項目研究結合文家坡礦建井的工藝創新和新技術應用,就相關的理論基礎和此項技術的工藝控制體系進行系統的分析總結,形成一項重大的創新性科研成果,不僅為彬長礦區后續建井及生產中有效解決此類工程問題建立了技術儲備,對于西部侏羅系聚煤區類似條件的建井工藝也提供了重要的技術借鑒。