富水軟巖凍結(jié)井筒涌水機(jī)理及治理技術(shù)研究.pdf

1、西北地區(qū)礦井建設(shè)中，多數(shù)井筒需要穿過(guò)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(diǎn)，普通鑿井法施工難度大，多采用凍結(jié)法鑿井。但是，凍結(jié)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(wèn)題，情況嚴(yán)重的還可能發(fā)生淹井事故，導(dǎo)致井筒施工工期長(zhǎng)，水治理費(fèi)用高等問(wèn)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(guò)大，影響安全生產(chǎn)。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，論文開(kāi)展白堊系凍結(jié)法施工成井后井壁淋水機(jī)理

2、及注漿治理技術(shù)研究，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和理論意義。
　　本文以新莊煤礦為工程背景，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析研究?jī)鋈谧饔脤?duì)白堊系軟巖微觀結(jié)構(gòu)影響，物理模擬凍結(jié)井筒涌水機(jī)理研究，進(jìn)而探討軟巖、軟巖與混凝土凝結(jié)體滲透特性變化規(guī)律，同時(shí)對(duì)模擬井筒試件進(jìn)行注漿抗?jié)B實(shí)驗(yàn)，主要結(jié)論有：
　?。?）通過(guò)孔隙率測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出一次凍融作用下粗、中、細(xì)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(shí)驗(yàn)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(chǎn)生較長(zhǎng)裂隙、孔隙裂隙貫穿性好。說(shuō)明凍融作用下白堊系軟巖孔隙率增大，內(nèi)部產(chǎn)生大量貫穿性裂隙，形成弱導(dǎo)水通道。
　?。?）進(jìn)行粗砂巖、中砂巖和細(xì)砂巖凍融前后低溫氮吸附實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步從微觀結(jié)構(gòu)分析凍融作用下軟巖孔隙結(jié)構(gòu)變化情況。實(shí)驗(yàn)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(xì)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(shè)計(jì)并加工了模擬井筒凍結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了凍融循環(huán)對(duì)巖石與混凝土井壁接觸

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