[00369321]深厚含水复杂岩土层中立井井筒支护关键技术

该项目属矿山支护工程领域。因浅埋资源日趋枯竭，深埋矿体开采技术被《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》列为重点研究领域。深井井筒支护是开发深厚复杂岩、土层下矿产资源所面临的首道重大技术难关。立项前，受深厚土层段井壁(永久支护)破裂灾害频发、富水岩层段井壁严重开裂漏水、深部冻土壁(临时支护)设计科学依据不足、冻结孔导水淹井等严重危及矿井建设和生产安全的重大技术难题瓶颈制约，我国深厚含水复杂岩、土层下大量铁、磷、铜及超万亿吨煤炭等资源难以开发。在国家科技支撑计划等资助下，该项目攻克深厚含水复杂岩、土层中立井井筒支护关键技术，取得以下重要发明： 1.发明了内层可缩井壁技术，攻克了深厚土层中井壁破裂灾害防治关键技术难题。首创了适应土层沉降的内层可缩井壁技术，建立了相应的设计理论：研发了井壁竖向承载力及刚度调控技术，实现了井壁恒阻可缩。与此前最先进的滑动可缩井壁技术相比，施工速度加快逾1倍、造价降低50%以上。创造了内层可缩井壁穿越土层深度587.5m的世界纪录。 2.发明了低渗漏单层冻结井壁技术，破解了深厚富水岩层中传统双层井壁厚度过大且开裂漏水严重的关键技术难题。创新冻结岩层段井壁结构，建立了单层冻结井壁设计理论与方法；发明了预防模板下沉致裂新筑井壁的方法与装置，研发形成集控温、预应力和补偿收缩为一体的井壁防裂技术，开发了井壁检漏、堵漏及接茬强化工艺，保证了井筒漏水达到规范要求。与双层井壁技术相比，井壁减薄约50%，造价降低30%以上创造了单层冻结井壁支护深度785m的世界纪录。 3.研发了深部冻土壁设计技术，解决了因设计科学依据不足导致的深厚土层中冻土壁过厚的问题。发明深部人工冻土原位力学特性成套实验装置与技术，实现了高地压下原位非均温冻土力学性状模拟，为深部冻土壁设计提供了科学手段与数据；揭示了冻土壁与围土间相互作用规律，提出了考虑径向卸载效应，反映冻土原位力学特性、冻土与围土相互作用的深部冻土壁设计方法。与传统设计技术相比，冻土体积减少约30%。创冻结法凿井通过土层厚度675.6m的世界纪录。 4.发明了冻结孔固管封水技术，根除了因冻结孔将地下水导至巷道引起的淹井灾害。发明了稳定性优异、长时缓凝、耐髙温的冻结孔固管浆液材料，浆液结石体冻融后具有良好的封水性能；提出了冻结管下沉安全性判别方法，研发形成冻结孔缓凝水泥浆固管封水工法。固管封水深度最大达894m、地温最商达42℃。 该项成果获授权美国、俄罗斯、澳大利亚等国外发明专利12件，中国发明专利37件，实用新型专利2件：获批部级工法1部；出版专著2部；发表学术论文76篇(SCI、EI收录75篇)；获江苏省科学技术一等奖2项、中国煤炭工业科学技术一等奖1项、国家安全生产监督管理总局安全生产科技成果一等奖1项。 该项成果实现了立井井筒支护技术的重大突破，经鉴定达到国际领先水平，已用于煤矿、铁矿和磷矿的78个井筒，为开发深厚复杂岩土层下矿产资源提供了井筒支护关键技术支撑，保障了井筒建设与生产安全，经济和社会效益显著。