立井超深冻结孔置换水泥浆封孔防水技术研究

摘要

目前，冻结法凿井技术已成为东、西部地区煤矿立井井筒穿越冲积层、软弱富水岩层等特殊地质条件的主要施工方法，且井筒直径和深度越来越大。但井筒解冻后造成的井筒渗漏水问题依然威胁矿井的安全生产，如何防止井筒渗漏水是冻结法凿井急需研究解决的关键问题之一。
　　造成井筒渗漏水的原因是多方面的，大量的研究表明，解冻后冻结孔与冻结管之间形成的竖向环形导水通道是造成井筒渗漏水的主要原因之一。采用缓凝水泥浆置换冻结孔内粘土浆，利用其硬化特性封堵冻结管与围岩间的环形空间，可主动有效的防止井筒渗漏水。本文通过大量的室内试验，并结合理论分析，对缓凝水泥浆液的特性和封孔防水效果等技术关键开展了较为全面的研究。
　　首先，在总结井筒渗漏水的原因和防治措施的基础上，分析了超深冻结孔置换水泥浆封孔防水作用机理，并根据其工艺和防水技术要求，对冻结管沉降受力状态、水泥浆的流变特性及封孔防水影响因素进行了较系统的分析。
　　其次，通过大量的室内试验，对水泥浆液凝结时间、稳定性及流动性进行试验研究，确定了满足要求的超深冻结孔置换用水泥浆各组成材料的配合比和掺量。特别是采用西安科技大学研制的 JS-1型高效缓凝剂，浆液的初凝时间能够达到40h以上，完全满足超深冻结孔置换用缓凝水泥浆液的技术要求。
　　最后，采用室内模拟试验方法，测定了冻融作用下结石体单轴抗压强度及结石体与周围介质胶结面处的抗剪强度，得出了冻融作用下其力学特性明显降低的变化规律，也验证了掺加膨胀剂能够显著提高结石体与周围介质抗剪强度，提高封孔防水效果的结论。通过工程实例对该技术的应用做了进一步的说明。

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1 绪论

1.1 选题的背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 技术路线

2 冻结孔置换水泥浆防水作用机理及关键技术

2.1 冻结法凿井概述

2.2 冻结井壁渗漏水原因分析及防治措施

2.3 冻结孔置换水泥浆防水作用机理

2.4 冻结孔置换水泥浆防水技术关键

2.5 本章小结

3 缓凝水泥浆浆液性能试验研究

3.1 概述

3.2 水泥及其外加剂的选取

3.3 试验仪器与方法

3.4 试验过程及结果分析

3.5 本章小结

4 冻融作用下封孔防水效果试验研究

4.1 冻融作用下缓凝水泥浆结石体力学特性分析

4.2 冻融作用下结石体与冻结管胶结特性试验

4.3 冻融作用下结石体与孔壁围岩胶结特性试验

4.4 冻融作用下冻结孔封孔结构体管胶结特性试验

4.5 本章小结

5 置换缓凝水泥浆防水技术在工程中的应用

5.1 工程概况

5.2 冻结孔置换水泥浆方案

5.3 现场水泥浆的配置及性能试验

5.4 施工情况

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献