针对西部含水软岩冻结井筒马头门维护困难的问题,利用数值模拟、现场监测等手段进行马头门破坏机理分析,并提出修复加固设计。现场应用结果表明,利用锚-注-喷等多种方式进行修复加固,可提高马头门、井筒及巷道相接处的围岩强度,能够有效地降低马头门变形破坏程度。

高家堡煤矿风井深820m,穿越厚度达380m的高水压、大流速深厚富水软岩含水层,最大涌水量达2 219.63m3/h,采用冻结法施工。为了确保冻结封水效果,采用一次冻全深方案,并采用"三大一小"施工方式,即大直径冻结管、大盐水泵、大装机制冷量、小开孔间距。冻结孔采用外、内圈孔插花加防片帮孔的布置方式。冻结初期,快速降低盐水温度,实现了冻结壁早交圈,井筒早开挖。利用部分冻结孔,对深厚含水层裂隙进行注浆充填加固,减小地下水流速,保证了冻结效果。该井筒冻结施工所取得的成功经验,可为西部富水软岩地层冻结法凿井设计和施工提供借鉴。

为掌握西部侏罗系地层深厚含水基岩段井筒外壁荷载,采用振弦式传感器,对新街矿区红庆河煤矿二号风井基岩冻结压力进行现场实测分析,得到外层井壁冻结压力变化规律。研究表明:冻结压力发展趋势表现出阶段性特征,即在混凝土井壁浇筑后的12d内,急速增大,达1.286~1.371 MPa,为最终稳定值的70%~88%;随后缓慢增长、降低并趋于稳定。受多种因素及原位测试影响,冻结压力在同一层位,呈现出非均匀分布的特点。侏罗系软岩地层实测冻结压力最大值为1.872MPa,远小于中东部冲积层冻结压力上限值,也小于西部基岩段冻结压力最高经验值,为保证冻结凿井施工安全提供了依据。

冻结壁扩展速度是冻结设计和冻结施工的重要指标。对于西部冻结井筒建设而言,不同岩性中冻结壁扩展速度特点的研究还处于初级阶段。通过统计大海则煤矿4个立井井筒测温孔实测数据,得到了第四系、白垩系和侏罗系地层中不同岩性的冻结壁扩展速度,并分析了其扩展速度的特点,得出白垩系地层早期冻结壁扩展速度相差不大,中后期扩展速度与岩性有关;侏罗系地层中后期扩展速度与岩性相关性不大。

结合内蒙泊江海子煤矿3个立井井筒冻结设计和施工情况,对西部地区软岩冻结设计和施工中存在的问题进行了分析。指出了对软岩冻结认识上的不一致,造成了冻结设计上的差异,从而导致不同的施工效果。认为副井冻结设计最为经济合理,冻结效果最好,为井筒掘砌施工创造了良好条件。

为掌握西部富水软岩地层深基岩立井冻结温度场发展演化规律,对鄂尔多斯某矿风井冻结工程实施了信息化监测,获得了该矿区地层冻结特征,并分析了不同岩性地层温度在冻结不同阶段的变化规律。结果表明,西部富水软岩的优异导热特性使得积极冻结期短,降温效率高;且后续维护冻结期受施工影响,温升大。不同岩性地层温度发展受原始地温、地下水流方向、钻孔偏斜等多种因素影响。具体表现为越深位置岩层在积极冻结期,降温效率越低,进入负温时间越长;且在维护冻结期,不同测温孔间温度差异越明显。西部富水软岩地层冻结施工过程中,应密切关注较深位置地下水上游方向附近冻结壁的发展状况,避免发生安全事故。

为研究深厚富水软岩地层砌筑混凝土井壁对冻结壁温度场的影响,采用现场实测与回归分析相结合的研究方法,选择在蒙陕地区大海则煤矿主立井掘进过程中进行温度场的监测,研究结果表明:井帮冻结软岩最大融化范围在400~600mm之间,发生在浇筑混凝土的7d内,冻结软岩最大融化距离S与井帮温度T成线性关系;井帮软岩在12~52d后全部重新回冻,软岩全部重新回冻时间D与井帮温度T成线性关系。研究得知,要确保混凝土浇筑后7d强度,应控制井帮温度高于-4.9℃,混凝土入模温度高于16℃。

准格尔矿区水源区的地质、水文地质、地下水成因、水资源量进行分析,计算水源区地下水可开采量,通过水源区的观测孔监测地下水位的变幅情况,对供水可靠性做出判断。

沉积岩中的稳定元素,如微量元素和稀土元素的分布、共生组合及演化规律可对地质作用过程和沉积环境提供灵敏指示。对准噶尔盆地南缘白垩系呼图壁组泥岩进行全岩测试。分析表明,Eu负异常,轻重稀土分异明显,轻稀土相对富集。Cr/Zr、La/Sc、Th/Sc、Cr/Th、Co/Th的比值均表明其物源区以长英质岩石为主。微量元素Th-Sc-Zr/10和La-Th-Sc投点三角图图解表明物源区经历了大陆岛弧构造演化过程。Ce亏损不明显,平均值为0.97,说明呼图壁组泥岩的沉积水体为弱氧化—弱还原环境。

针对盐井二矿N运输巷裂隙瓦斯实际情况,创新采用"巷道底板混凝土浇底埋管抽放"及"巷道顶、帮贴壁封闭埋管抽放"方法治理巷道周边围岩裂隙瓦斯,对瓦斯压力小、涌出量小的裂隙瓦斯段治理效果明显。