立井超深冻结孔置换水泥浆封孔防水技术研究

发布时间：2017-07-30 06:14

  本文关键词：立井超深冻结孔置换水泥浆封孔防水技术研究

  更多相关文章： 超深冻结法 井筒渗漏水 水泥浆稳定性 凝结时间 剪切强度 封孔防水

【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。
【关键词】：超深冻结法 井筒渗漏水 水泥浆稳定性 凝结时间 剪切强度 封孔防水
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD745.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 选题的背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 冻结孔置换水泥浆防水技术研究现状10-11
• 1.2.2 缓凝水泥浆液固井技术研究现状11-12
• 1.2.3 缓凝水泥浆结石体的力学性能研究现状12-14
• 1.3 主要研究内容14
• 1.4 技术路线14-16
• 2 冻结孔置换水泥浆防水作用机理及关键技术16-27
• 2.1 冻结法凿井概述16-17
• 2.2 冻结井壁渗漏水原因分析及防治措施17-19
• 2.2.1 冻结井壁渗漏水原因分析17-18
• 2.2.2 冻结井壁渗漏水防治措施18-19
• 2.3 冻结孔置换水泥浆防水作用机理19-22
• 2.3.1 导水通道生成机理分析19-20
• 2.3.2 导水机理分析20-21
• 2.3.3 防水作用机理分析21-22
• 2.4 冻结孔置换水泥浆防水技术关键22-25
• 2.4.1 缓凝水泥浆置换工艺和技术要求22-23
• 2.4.2 冻结管沉降受力分析23-24
• 2.4.3 水泥浆的流变特性分析24-25
• 2.4.4 封孔防水效果分析25
• 2.5 本章小结25-27
• 3 缓凝水泥浆浆液性能试验研究27-41
• 3.1 概述27
• 3.2 水泥及其外加剂的选取27-29
• 3.2.1 水泥27
• 3.2.2 缓凝剂27-28
• 3.2.3 稳定剂28
• 3.2.4 膨胀剂28-29
• 3.3 试验仪器与方法29-32
• 3.3.1 试验仪器29
• 3.3.2 试验方法29-32
• 3.4 试验过程及结果分析32-39
• 3.4.1 基准配合比浆液的确定32
• 3.4.2 浆液稳定性试验32-34
• 3.4.3 浆液缓凝特性试验34-36
• 3.4.4 缓凝水泥浆性能优化试验36-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 冻融作用下封孔防水效果试验研究41-58
• 4.1 冻融作用下缓凝水泥浆结石体力学特性分析41-44
• 4.1.1 试验方法41
• 4.1.2 试验结果与分析41-44
• 4.2 冻融作用下结石体与冻结管胶结特性试验44-48
• 4.2.1 试验方法44-45
• 4.2.2 试验结果与分析45-48
• 4.3 冻融作用下结石体与孔壁围岩胶结特性试验48-52
• 4.3.1 试验方法48-49
• 4.3.2 试验结果与分析49-52
• 4.4 冻融作用下冻结孔封孔结构体管胶结特性试验52-57
• 4.4.1 试验方法52-53
• 4.4.2 试验结果与分析53-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 置换缓凝水泥浆防水技术在工程中的应用58-66
• 5.1 工程概况58-62
• 5.1.1 岩层特性58-60
• 5.1.2 水文特征60
• 5.1.3 冻结井筒参数60-62
• 5.2 冻结孔置换水泥浆方案62-63
• 5.3 现场水泥浆的配置及性能试验63-64
• 5.3.1 试验方案63
• 5.3.2 试验结果63-64
• 5.4 施工情况64-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 主要结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72

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