复杂地质条件下冻结造孔施工技术.pdf

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1、2016年第41卷第1期能源技术与管理Vo1．41No．1Ener~Technolo~andMan~ement147doi：1039690．issn．1672—9943．2016．01．057复杂地质条件下冻结造孔施工技术周霖，侯光昕(兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司，内蒙古鄂尔多斯014399)[摘要]石拉乌素煤矿风井深716．3m，穿过的白垩系和侏罗系地层巨厚；井田岩石为层状结构，以碎屑沉积岩为主，岩体呈各向异性，软硬地层更换频繁、地层变化大、砾石层多、分布不均匀，属易斜、难钻地层，应采用冻结法施工。采用“主排孔+辅助孔”的冻结方案，主排孔齐腿冻结，确保冻结封水效果；制

2、定合适的钻孔工艺、测斜和纠斜措施，保证造孔效率和成孔质量。为类似复杂地层冻结法凿井设计和施工积累了经验。[关键词]冻结法施工；软硬地层更换；成孔质量；冻结监测[中图分类号]TD265[文献标识码]B[文章编号]1672．9943(2O16)01一O1473层的单位涌水量<0．1L／s·m，富水性弱；间接充水0引言含水层风积砂与萨拉乌苏组砂层孔隙潜水含水层石拉乌素煤矿井田位于内蒙古东胜煤田纳林的单位涌水量为0．219～5．00L／s·m，富水性强；区才登普查区，在鄂尔多斯市境内。为满足通风和安内没有水库、湖泊等地表水体，也无常年地表径全生产要求，石拉乌素矿确定在矿区内开凿

3、风井，流，潜水含水层与煤层的间距较大，平均在500m井筒采用立井开拓方式，设计净直径7．5m，井深以上，水文地质边界与地质构造简单。716．3m；风井穿过的白垩系和侏罗系地层巨厚，根据勘探报告，先期开采地段正常涌水量为采用全深冻结法施工，冻结深度728m。9600m3／d，全井田最大涌水量为14000m3／d。设计考虑井下消防洒水、防火灌浆等用水因素，按正1工程概况常涌水量450m3／h、最大涌水量650m进行排1．1井筒工程地质特征水设备选型。井田岩石以碎屑沉积岩为主，属层状结构，岩1．3冻结岩石物理力学性能试验报告体各向异性；力学强度变化大，煤层顶底板岩石强通过对石

4、拉乌素矿井筒检查孔岩石地层样度较低，以软弱岩石一半坚硬岩石为主，岩体的稳品，进行人工冻结岩石物理力学性能的测定与常定性较差。井田地质构造简单，基岩在区内没有出规岩石试验，获得了如下主要结果：①不同地层结露，风化作用相对较弱，第四系松散层分布广泛，冰温度介于一2．1—一3．5℃之间；不同地层冻结岩厚度较大，生产开采后，局部地段易发生顶板冒落石的冻胀率介于一0．16％～0．35％之间，冻胀量很及底板软化变形等问题。因此，井田工程地质勘查小，深部砂岩甚至出现了冻缩现象。②冻结岩石单类型划分为第三类第二型层状岩类工程地质条件轴抗压强度总体随温度降低而提高，但温度变化中等型[I-

5、2]o凿井施工将面临井斜控制难、机械钻冻结岩石的单轴抗压强度影响程度不尽相同。细速低、钻具失效严重等难题。粒砂岩、中粒砂岩岩石强度提高受温度影响较其1-2井筒水文地质特征他层位岩石大，且强度提高主要体现在一5～根据水文地质资料，风井所穿含水层，赋存5一1O℃之间。在一l0—15℃之间冻结岩石强度提层含水层：全新统风积砂层孔隙潜水含水层、上更高不明显，说明随着冻结温度的降低，冻结岩石强新统萨拉乌素组孔隙潜水含水层、白垩系下统志度增加的程度越来越小。③冻结岩石的破坏形态丹群及侏罗系中统孔隙潜水一承压水含水层、侏大多呈剪切破坏和劈裂破坏两种类型，且破坏时罗系中下统延安组碎屑岩

6、类承压水含水层、三叠应变较小。建议井筒施工时及时增加对围岩的临系上统延长组碎屑岩类承压水含水层。时支护，防止较为破碎的围岩发生突然垮落。煤层虽位于地下水位以下，但直接充水含水(4)冻结岩石整体蠕变较小，基本上属于稳148侯光昕复杂地质条件下冻结造孔施工技术2016年2月Feb．，2016定性蠕变。2．3．2冻结管结构设计主冻结孔深度300in以上使用DN159X6无2冻结方案设计缝管，以下使用DN159X7无缝管；辅助孔150m2．1冻结孔的设计以上使用DN159X6无缝管，以下使用DN133X6根据规范3所述，立井冻结深度，应深入稳定无缝管。的不透水基岩10in以上。

7、石拉乌素风井深度为2．3．3水文孔布置716．31TI，采用全深冻结法施工，冻结深度728m。水文孔2个，孔深分别为1501TI、285m。水文2．2冻结壁厚度计算管为规格DN108×5无缝管，外管箍焊接连接。内蒙古地区的白垩系地层遇水后极易崩解，2．3．4冻结管下放深度崩解后近似于土层。风井选取白垩系最下部的层冻结管下放深度均不小于设计深度，工程施位作为冻结薄弱环节加以控制。冻结壁厚度采用工后期，经冻结单位进行冻结管复压，复压结果均维亚诺夫有限长厚壁圆筒公式计算，确定冻结壁符合规范及设计要求。厚度为4．20m。2．3．5盐水系～统北设计