深厚复杂岩土中冻结法凿井关键技术

发布者:张猛发布时间:2015-12-31浏览次数:22

一、适用范围及推广前景

本技术适用于表土层厚度800m以内,含水岩层深度1000m以内的复杂岩土层中凿井。

近年来,我国东、西部地区深井建设中较普遍地遇到深厚复杂岩、土层,冻结法是其最主要的凿井方法。本技术突破了深厚复杂岩土层下固体资源开发的凿井技术瓶颈制约,据预测,未来20年内我国在煤矿、金属矿、化工矿等领域将有100余个深厚岩、土层中的井筒需要采用本项目技术,推广应用前景广阔,具有重大的社会与经济效益。

二、技术内容

(一)基本原理

在待开凿的井筒周围钻冻结孔;在冻结孔内下入底端封闭、连续接长的冻结管,在冻结管内下入塑料供液管,形成冻结器;在冻结器内循环来自制冷站的低温盐水,低温盐水吸收冻结管周围地层的热量,使地层冻结,形成不透水、且能抵抗地压的圆筒形冻土()——冻结壁;而后在冻结壁的保护下掘砌施工井壁,形成永久的封水与支护结构;待井壁施工完成后,停止冻结,拔出冻结管内的供液管并充填冻结管,防止形成导水通道。冻结法凿井技术的核心是井壁和冻结壁的设计理论和施工技术,其难度随冻结岩层深度增大,随冻结土层深度急增。

(二)关键技术描述

本项目冻结井壁关键技术包括:深厚岩、土层中井壁永久荷载理论及荷载值确定技术,深厚岩、土层中冻结壁变形压力理论及荷载值确定技术,深厚表土中双层高强高性能混凝土复合井壁结构及其设计理论,深厚含水岩层中新型单层冻结井壁结构及其设计理论,适应表土层沉降的内层可缩井壁结构及其设计理论,井壁混凝土防裂技术,井壁接茬防渗漏技术,C60~C100高强混凝土井壁施工技术,CF60~CF100钢纤维高强混凝土井壁施工技术。

冻结壁关键技术包括:深厚岩、土层冻结壁厚度设计理论,多圈冻结管冻结温度场发展规律及冻结壁发展厚度与平均温度计算理论,多圈冻结管分圈异步冻结技术,高效保温局部冻结技术,冻结管断裂预防技术,控制冻结技术,冻结孔内缓凝水泥浆固管封水技术。

三、主要技术指标

1.可开凿表土厚度达800m的特厚表土段井筒、埋深达1000m的深厚富水岩层段井筒;

2.井壁(钢纤维)混凝土强度等级可达C100CF100

3.可预防冻结管断裂及冻结孔导水淹井事故;

4.内层可缩井壁可适应12m以上的表土层沉降,比国外的AV型滑动可缩井壁工艺简单,且节省费用50%以上;

5.传统的基岩双层复合井壁技术比,基岩单层冻结井壁新技术壁厚减少近50%,费用节省30%以上。

四、典型案例及成效

1.在深厚表土层冻结法凿井方面。利用本技术已施工48个深厚表土井筒,其中:龙固煤矿副井表土厚567.7m,井壁混凝土强度等级实测达C100;郭屯煤矿主、副、风井井壁混凝土设计强度等级达C80,表土厚度首创世界纪录587.5m;龙固煤矿北风井井壁混凝土设计强度等级达CF80,表土厚度刷新世界纪录675.6m。万福煤矿主、副、风井表土厚达753.95m,混凝土设计强度等级达CF90,正在施工。

2.在深厚富水岩层冻结法凿井方面。利用本技术已施工31个深厚富水岩层井筒,其中:新庄煤矿风井冻结基岩深度达910m,混凝土设计强度等级达C80;纳林河二号矿井新副井净直径达10.5m

  

 

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