井筒基岩冻结法施工解冻水害治理技术研究

发布时间：2017-08-01 18:18

  本文关键词：井筒基岩冻结法施工解冻水害治理技术研究

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【摘要】：能源是国家经济的命脉,富煤、贫油、少气的资源特点使得煤炭在我国一次能源生产和消费比例中长期占70%以上。随着我国国民经济的持续高速增长，煤炭需求不断加，增从而迎来了从本世纪初至今的矿井建设高潮。由于地层浅部的煤炭资源已趋枯竭，开始建设大量深井，冻结深度由浅变深，冻结工艺由单一型向复合型过渡，，矿井发生解冻水害的可能性相应增大。 传统封堵方法很难彻底封堵冻结孔的垂向导水通道，极易造成井下构筑物破坏，将长期威胁冻结法施工矿井安全。本文以陕西彬长矿业集团胡家河矿井全深冻结井筒为研究对象，对井筒基岩冻结法施工解冻水害的形成机理和防治方法进行了研究和总结。 首先，通过钻孔试验、渗流模拟实验和理论分析发现：矿井井筒冻结施工完成，冻结壁解冻后，冻结孔与冻结管之间形成的环状空间便成了水力联系导水通道，将立井从地面到井底所有的含水层连成一体，原来的隔水层失去隔水作用。由于冻结孔环状空间的垂向导水作用，接近地表、易受地表水补给的含水层成为矿井水害主要水源，原本补给条件很差的煤系地层含水层得到一个较为充分的补给，增加了水害影响程度。 其次，提出了通过在有利地层施工环形措施巷，并结合插管引流注浆，在有利地层形成一个环状混凝土隔水体，截断冻结孔环状垂向导水通道，以彻底根治井筒水害的施工方法，对其相关工艺技术进行了深入研究。 最后，结合胡家河矿井地质条件特征，应用上述研究结果，开挖环形措施巷，封堵冻结孔环状导水通道，有效解决了矿井基岩冻结法施工解冻后水害治理问题。
【关键词】：基岩 冻结法 解冻水害 治理 环形措施巷
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD265.3;TD745
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 选题的背景及研究的意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 井筒冻结法施工技术9-10
• 1.2.2 壁后注浆技术10-11
• 1.2.3 射孔注浆技术11-12
• 1.3 论文研究的主要内容12-15
• 1.3.1 本课题研究的理论基础12-13
• 1.3.2 本课题研究的内容与方法13
• 1.3.3 论文研究方案和技术路线13-15
• 2 冻结孔环状空间导水机理15-24
• 2.1 胡家河矿井井筒水文地质条件15-18
• 2.1.1 胡家河矿井概况15-16
• 2.1.2 主要含（隔）水岩组16-17
• 2.1.3 地下水补给、径流及排泄条件17-18
• 2.2 冻结法施工水害机理分析18-22
• 2.2.1 实验方法18
• 2.2.2 实验参数18-19
• 2.2.3 F-RFPA模拟计算19-22
• 2.3 环状空间涌水量预计22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 环形措施巷参数24-35
• 3.1 环形措施巷的布置层位24
• 3.2 环形措施巷与井壁的合理距离24-31
• 3.2.1 实验方法25
• 3.2.2 FLAC~(3D)模拟计算25
• 3.2.3 模拟工况25-26
• 3.2.4 屈服准则与模拟参数26
• 3.2.5 模型的建立26-28
• 3.2.6 模拟计算循环分区及监测点布置28
• 3.2.7 计算结果分析28-31
• 3.3 环形措施巷的断面31-34
• 3.3.1 数值模拟32-33
• 3.3.2 分析结果33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 环形措施巷及耳硐掘进35-48
• 4.1 地层资料及爆破开挖断面35
• 4.2 环形措施巷及耳硐施工工序35-37
• 4.3 环形措施巷爆破设计37-42
• 4.3.1 工程特点及爆破方案选择37
• 4.3.2 爆破参数设计37-39
• 4.3.3 爆破地震效应的安全设计39
• 4.3.4 炮眼布置图39-41
• 4.3.5 炮眼装药结构图41
• 4.3.6 主要经济技术指标41
• 4.3.7 起爆网路及方法41
• 4.3.8 技术关键41-42
• 4.4 耳硐爆破设计42-46
• 4.4.1 工程特点及爆破方案选择42
• 4.4.2 爆破参数设计42-44
• 4.4.3 爆破地震效应的安全设计44
• 4.4.4 炮眼布置图44-45
• 4.4.5 炮眼装药结构图45
• 4.4.6 主要经济技术指标45-46
• 4.4.7 起爆网路及方法46
• 4.4.8 技术关键46
• 4.5 本章小结46-48
• 5 环形措施巷及耳硐支护48-53
• 5.1 环形措施巷支护设计48-50
• 5.1.1 主动锚杆设计48-49
• 5.1.2 支护参数49-50
• 5.2 耳硐支护方案50-52
• 5.2.1 主动支护锚杆设计50-51
• 5.2.2 被动支护钢棚设计51-52
• 5.3 本章小结52-53
• 6 冻结管和环状空间封堵53-58
• 6.1 冻结管位置探测53-55
• 6.1.1 探测仪器53-54
• 6.1.2 探测结果54-55
• 6.2 处理冻结管55-56
• 6.3 冻结管内注浆56-57
• 6.4 冻结管外环状空间注浆57
• 6.5 封堵工艺参数57
• 6.6 本章小结57-58
• 7 胡家河矿井治水实践及效果评价58-81
• 7.1 胡家河矿井治水过程概述58-61
• 7.2 涌水量监测61-62
• 7.3 变形监测62-80
• 7.3.1 变形监测方案62-65
• 7.3.2 变形监测分析65-80
• 7.4 本章小结80-81
• 8 结论和展望81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-87
• 附录87

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本文编号：605559