程桦-安徽大学.doc

成果名称:两淮矿区安全改建工程深立井凿井关键技术研究与应用报奖类型:安徽省科学技术进步奖完成人:程桦、姚直书、荣传新、张平松、蔡海兵、徐华生、王晓健、周卫金、汤江明、孙仕元完成单位:安徽理工大学;淮南矿业(集团)有限责任公司;淮北矿业(集团)有限责任公司;安徽大学项目简介:本项目属于矿山支护工程科学技术领域。十余年来,两淮矿区煤炭生产矿井浅部资源渐趋枯竭,为确保矿井安全高效可持续发展,多数矿井迫切需要实施安全改建工程,在工业广场内新建深立井井筒。该类新建立井工程具有井筒深、直径大、与既有井筒邻近、地下水渗流场受扰动、井筒出水对矿井安全生产威胁大等特点,且多采用“上冻下注”法施工,即在冲积层段采用冻结法凿井,在含水基岩段采用地面预注浆法封水。因此,井筒施工和运行过程中面临着高压浆液引发邻近既有井筒破损、冻结壁难以交圈、深井高压水造成井壁损伤漏水等技术难题亟待解决。国内外少有该类工程的相关研究和报道。为此,开展两淮矿区安全改建工程深立井凿井关键技术研究具有重要的理论意义和应用价值。本项目针对上述技术难题,历时11年,采用理论分析、模型试验、数值模拟和工程实践相结合的方法,系统开展了邻近既有井筒条件下地面预注浆扩散规律、人为扰动地下水流条件下温度场分布规律、冻结井壁渗漏水机理等研究,形成了安全改建工程深立井设计与施工关键技术,项目主要研究内容与科技创新如下:(1)针对邻近既有井筒的工程与水文地质条件,研究了并行电阻率和电磁波CT法探测井筒基岩段岩层裂隙发育特征与富水性技术,基于多孔间立体层析成像原理,构建三维地层模型,精细成像与判识测试区域岩层富水性、结构及构造,发明了深立井井筒基岩含水层精细化探测方法,精准获得了岩层裂隙发育特征与富水性。(2)基于井筒基岩含水层精细探测结果,研究了邻近既有井筒条件下地面预注浆扩散机理,提出了“控压间歇式岩层分类注浆”方法,解决了注浆参数精准设计的难题;研发了邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆过程控制技术,确保了注浆过程中邻近井筒的安全运行。(3)深入研究了工业广场内抽采生产、生活用水引发的第四系含水层流速变化规律;研制了地下水流速对冻结温度场影响的试验装置,建立了含相变全参数渗流冻结耦合数学模型,研究揭示了不同地下水流速工况下冻结壁温度场分布及其形成规律;研发了工广内新建井筒“流速分层分类、冷量精准补偿、监测实时控制”的冻结技术。(4)研究了水力耦合作用下井壁渗漏水机理,通过大量混凝土配制与渗透性试验,获得了配制高抗渗性冻结井壁混凝土技术;使用自主研制的井壁试验装置,研究了高抗渗性混凝土井壁渗透性及力学特性,研发了高抗渗性混凝土及其井壁结构;创新了“高抗渗井壁+防水结构+适时壁间注浆”综合防水技术。本项目获授权发明专利8件、实用新型专利4件,参编国家规范1部,发表学术论文40多篇,出版专著2部。2006年以来,本项目研究成果先后在两淮矿区安全改建工程的8座煤矿10个井筒得到成功应用与推广,实现了生产矿井安全改建工程的安全高效建成,,取得了显著的社会经济效益。本项目研究成果可广泛推广应用于类似条件下矿井安全改建工程,将产生更大的社会经济效益。代表性成果:知识产权类别知识产权具体名称国家(地区)授权号授权日期证书编号权利人发明人专利有效状态发明专利邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监