富水軟巖凍結井筒涌水機理及治理技術研究.pdf

1、西北地區(qū)礦井建設中，多數(shù)井筒需要穿過白堊系、侏羅系巨厚巖層，該巖層具有含水量大、巖性松軟等特點，普通鑿井法施工難度大，多采用凍結法鑿井。但是，凍結法施工成井后大部分井筒出現(xiàn)井壁淋水、馬頭門涌水等水害問題，情況嚴重的還可能發(fā)生淹井事故，導致井筒施工工期長，水治理費用高等問題。目前，多采用壁后注漿治理水害，但部分井筒注漿治水效果不明顯，依然存在井筒涌水量過大，影響安全生產。
　　針對上述問題，論文開展白堊系凍結法施工成井后井壁淋水機理

2、及注漿治理技術研究，具有重要的工程應用價值和理論意義。
　　本文以新莊煤礦為工程背景，通過室內試驗和理論分析研究凍融作用對白堊系軟巖微觀結構影響，物理模擬凍結井筒涌水機理研究，進而探討軟巖、軟巖與混凝土凝結體滲透特性變化規(guī)律，同時對模擬井筒試件進行注漿抗?jié)B實驗，主要結論有：
　　（1）通過孔隙率測試實驗數(shù)據(jù)，得出一次凍融作用下粗、中、細砂巖滲透系數(shù)比原始滲透系數(shù)分別增大了50.8％、25.5%、28.5%，二次凍融后滲透系數(shù)

3、比原始滲透系數(shù)增加了134.9%、76.8%、64.2%。掃描電鏡實驗表明：一次凍融后巖石顆粒之間松散、脫離，孔隙增大；二次凍融后孔隙裂隙繼續(xù)發(fā)育，并且產生較長裂隙、孔隙裂隙貫穿性好。說明凍融作用下白堊系軟巖孔隙率增大，內部產生大量貫穿性裂隙，形成弱導水通道。
　?。?）進行粗砂巖、中砂巖和細砂巖凍融前后低溫氮吸附實驗，進一步從微觀結構分析凍融作用下軟巖孔隙結構變化情況。實驗表明：粗砂巖凍融循環(huán)后孔隙體積增加以大孔為主，中孔為輔，

4、一次凍融后孔隙率增幅9.8%，二次凍融后孔隙率增幅15.0%。中砂巖凍融循環(huán)后孔隙體積增加以大孔、中孔為主，二次凍融循環(huán)后中孔增量顯著，一次凍融后孔隙率增幅9.4%，二次凍融后孔隙率增幅13.9%。細砂巖凍融循環(huán)后孔隙體積增加以中孔為主，大孔為輔，二次凍融循環(huán)后中孔增量多，一次凍融后孔隙率增幅7.6%，二次凍融后孔隙率增幅14.2%。
　　（3）自主設計并加工了模擬井筒凍結實驗裝置，通過室內實驗驗證了凍融循環(huán)對巖石與混凝土井壁接觸

5、面產生破壞，巖石與混凝土出現(xiàn)分界面，形成導水通道，導致巖石與混凝土組合體滲水能力增強。
　?。?）選取普通硅酸鹽水泥、超細水泥和脲醛樹脂三種漿液，對凍融作用后的井筒模擬裝置進行重復注漿，測量每次注漿后巖石試件的滲透系數(shù)，對測量結果進行對比分析，研究不同注漿材料及注漿壓力對軟巖及軟巖與混凝土組合體堵水效果。分析結果：滲透系數(shù)隨注漿次數(shù)增加而減小，對于同一種漿液滲透系數(shù)隨注漿次數(shù)增加而減緩；對與顆粒型水泥漿液，增大水灰比、提升注漿壓力