简述深井开采存在问题及深井围岩控制

简述深井开采存在问题及深井围岩控制

发表时间：2017-11-16T17:50:06.450Z 来源：《基层建设》2017年第24期作者：王晓通邢其岭关鑫磊

[导读] 摘要：随着经济全球化不断加剧，现代化建设中，金矿开采业在我国经济发展中占据着重要地位，具有开采时间短、投资少等特点，对于增强我国综合国力发挥着重要作用。在进行金矿的开采的时候，由于管理不严格、操作不规范、生产方式不合理等情况，对环境造成极大影响，使金矿开采引发了多种环境地质问题，给我国经济可持续发展带来极大危害。

山东黄金矿业（玲珑）有限公司山东省招远市 265406

摘要：随着经济全球化不断加剧，现代化建设中，金矿开采业在我国经济发展中占据着重要地位，具有开采时间短、投资少等特点，对于增强我国综合国力发挥着重要作用。在进行金矿的开采的时候，由于管理不严格、操作不规范、生产方式不合理等情况，对环境造成极大影响，使金矿开采引发了多种环境地质问题，给我国经济可持续发展带来极大危害。

关键词：深部开采；存在问题；围岩控制

一、金矿矿山采矿安全管理中的存在问题分析

1.安全管理制度流于形式

为了提升矿山采矿的安全性，国家相关部门已经先后出台《矿山安全法》、《安全生产法》、《矿山采矿法》、《矿山采矿安全规程》等一系列的标准，这些标准对于矿山采矿的每一个环节都进行了明确的规定。但是，在实际工作过程中，经常存在安全管理制度流于形式的情况，这也是导致安全事故频发的主要原因，这不仅影响采矿人员的人身安全，也对采矿企业的经营水平产生不利的影响，为国家采矿事业带来不必要的损失。

2.设备与安全技术落后

与国外发达国家相比而言，我国的矿山技术水平还处在初级发展阶段，这种差距多是由于资金原因所造成，资金的短缺导致我国矿山开采设备与技术落后，难以达到与时俱进。此外，还有部分管理人员在开采过程中，只注重经济效益，忽略了设备与技术的更新，这就为安全事故的发生埋下隐患。从某种意义上而，设备与技术的落后也是导致矿山安全事故频发的重要因素。

3.安全责任未落实到位

目前，部分企业在采矿该过程中，未制定好完善的安全责任制度，在灾难发生后不能及时的找到责任人，这也是导致矿山事故频发的重要原因。由于安全责任制度的缺失，很多管理人员的监管工作均未落实到位，对于各种安全问题不重视，最终导致事故发生，因此，企业想要降低安全事故发生率，必须要完全安全责任制度。

4.从业人员综合素质偏低

就我国的实际情况来看，矿山采矿从业人员的素质、技术、文化水平均较低，很多人员甚至不了解基本的安全知识，这就导致他们在实际工作工程中不能按照规范标准进行操作。除此之外，我国矿山采矿作业生产率低下、从业人员收入水平低、劳动时间长、工作强度大、工作环境恶劣、危险度高，这就导致大量的专业性人才流失，造成一些恶性循环。

5.采矿作业复杂

采矿是一个复杂的过程，生产环节多，井下作业场所狭窄，环境阴暗潮湿，劳动条件很差。不同的矿山往往有不同的地质条件和不同的矿床潜存情况，伴随着不同的灾害隐患，作业场所又不断移动和变化，稍有不慎或处理不当，就有可能发生冒顶、片帮、滑坡、透水。露天矿山也存在着很多相似的地方，例如，石灰石、建筑碎石的开采长期以来习惯于一面坡式开采。矿山生产的对象是矿产资源，无论地下开采的矿山还是露天开采的矿山，由于矿床类型和性质不同，地质环境千差万别，开采技术条件千变万化，无一固定的开采模式，矿山生产的每个环节都有发生安全事故的可能性，随着客观条件的变化，在生产过程中会不断出现新情况，新的不安全因素。

二、巷道围岩压力及影响因素

1.围岩压力

（1）松动围岩压力。因巷道挖掘而松动、塌落的岩体，其重力直接作用在支架结构物上的压力，表现为松动围岩压力载荷形式，如支护没有有效控制围岩变形，围岩形成松动垮塌圈时，造成松动围岩压力，顶压显现严重。

（2）变形围岩压力。支护可控制围岩变形的发展时，围岩位移挤压支架而出现的压力，即：变形围岩压力。在围岩、支护力学体系中，围岩与支架互相作用，围岩就对支架施加变形压力。弹性变形压力是围岩弹性变形时作用在支架上的压力，弹性变形出现的速度很快，变形量相当小，围岩、支护相互作用的过程，实际作用较小。塑性变形压力是因为围岩塑性变形和破裂，围岩向巷道空间位移，使支护结构受压，这是变形围岩压力的基本形式。塑性变形的状况由巷道塑性区和破裂区的范围所决定。塑性区的扩展具有时间效应，它不再扩展时，围岩变形速度就下降。

（3）膨胀围岩压力。

与变形压力不同，它是由吸水膨胀导致的。从表面上看，膨胀压力是变形压力，而两者的变形机制完全不同。一个是与水发生理化反应；一个是围岩应力与结构效应。

（4）冲击撞击围岩压力。冲击围岩压力是围岩积累了大量弹性变形能后，立即释放的压力；撞击围岩压力是采面上覆岩层剧烈运动对巷道支护体产生的压力。

2.围岩压力的影响因素

围岩压力的影响因素可分为开采的技术因素和地质因素。在开采技术因素中，影响最大的是回采状况。如：巷道是处在一侧、两侧或邻近层采动影响环境下，是受一次还是受多次采动影响，采动影响是稳定了，还是正处于采动中。还有就是巷道维护方法，如：巷旁支护方式、巷道断面形状和大小、巷道掘进的方法、巷道基本支护的类型与参数等。主要地质因素主要有：原岩应力状态、围岩力学性质、岩体结构、岩石的组成和胶结状态、围岩中水分的补给状况等。

3.巷道围岩的保护及支护措施

（1）在巷道围岩中钻孔卸压、切槽卸压、宽面掘巷卸压及在巷旁留专门的卸压空间等方法，使巷道围岩受到不同程度的卸载，把作用在巷道周围的集中载荷，转移至离巷道较远的新支承区，实现降低围岩应力。

深井金属矿床高效开采及地压监控技术研究

深井金属矿床高效开采及地压监控技术研究 摘要：本文首先分析了深井开采的概念，接下来详细阐述了深井开采灾害主要 表现形式，最后对深井金属矿床安全高效采矿方法研究做具体论述，希望通过本 文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。 关键词：金属矿山；深井开采；地压监控 引言 矿产资源是发展国民经济、保障国家安全的物质基础。21世纪，我国已进入 快速工业化和城镇化的发展阶段，对钢铁、有色金属等原材料资源消费快速增加。经济学家认为，当人均国民生产总值在1000-2000美元时，国家处于工业化阶段，这是资源消耗强度最大的时期。我国正处于工业化中期阶段，，我国金属需求量 仍将大幅增长，资源消耗强度将进入高峰期。由于金属矿产品需求量的快速增长 和资源量的不足，我国金属矿业凸显两大矛盾。一方面金属矿山消失过快，矿产 品供需矛盾加剧。矿山发展落后于有色金属工业的整体发展水平。另一方面采矿 科技相对落后，矿产资源远未充分开发。采矿规模小，效率低，管理粗放。由于 长期开采，我国埋藏在浅部的金属矿床资源己接近枯竭。为满足国民经济和社会 可持续发展的需求，在海洋和极地矿床大规模开采还没成为现实的情况下，必须 加快对深部资源的勘探和开发利用，深井开采己呈必然趋势。 1深井开采的概念 深井开采在不同的国家和地区有不同的定义标准，如在南非对800m~1000m 的矿井深度进行开采称为深井开采；在德国对埋藏深度达到800m~1000m的矿井 进行开采称为深井开采，对埋藏深度达到1200m以上的矿井进行开采称为超深井开采；也有一些国家深井深度标准制定的较低，如日本为600m，英国为750m。 而中国目前所普遍认同的标准根据矿藏不同而不同，煤矿深度为800m~1500m的 为深井开采，金属矿的1000m~1200m为深井开采。 2深井开采灾害主要表现形式 2.1岩爆频率和强度增加 岩爆是深井开采中一个比较突出的问题，目前世界上已有20多个国家和地区有深井开采岩爆记录，以南非和印度的金矿为多。世界上硬岩矿山第一次岩爆发 生在印度的科拉尔（Kolar）金矿。在南非深部金矿的开采中，由于地震等事件诱 发的岩爆、岩石冒落，使南非的采矿工业成为最危险的工业之一。从岩爆统计数 据来看，其它国家也一样，随着开采深度的增加，岩爆发生的次数和强度呈增大 趋势。我国红透山铜矿自20世纪70年代中期开始就有弱岩爆现象发生，施工进 入深部后，岩爆次数增多，强度增大。特别是近年来，岩爆的频度和强度明显增大。虽然没有造成人员伤亡，但对安全生产造成了不同程度的影响，构成了重大 安全隐患。冬瓜山铜矿在基建期间井巷施工过程中发生了10多起弱岩爆事件。 统计资料表明，岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩层中，主要影响因素是岩 层的地质结构和岩石特性，随着开采深度的增加，岩爆的发生次数、强度和规模 也随之上升。 2.2地温升高、作业环境恶化 深井开采条件下，岩层温度将达到摄氏几十度的高温。如南非斯太总统伊residentStyen）金矿井下3000m工作面原岩温度高达63℃以上。地温升高造成井

深井开采工作面通风

深井开采工作面通风与降温技术研究 摘要：对国内外深热矿井掘进工作面通风与降温技术进行了理论分析与研究，结合冬瓜山铜矿的具体开采条件，确定了掘进工作面强化通风与降温实施方案。 关键词：深并开采；掘进工作面；强化通风；降温 Abstract：The deep hot shaft driving place ventilation and cooling technique at home and abroad were researched and analysed theoretically．Enforced ventilation and cooling plan for driving place were confirmed according to the specific mining condition of Donguashan Copper Mine．Key words：deep shaft mining；driving place；enforced ventilation；cooling 1概述 冬瓜山铜矿床是我国有色金属矿山首例埋藏深度超过千米，且矿体均赋存于热害区的特大型高硫铜矿床。矿区年平均气温16．2℃，夏季年平均气温27．4℃，最高气温达40．2℃。冬瓜山铜矿特殊的开采条件(深井、高温、高硫矿床)决定了设计的井下通风系统除了要满足向井下供给足够的新鲜风流、有效地排出炮烟和粉尘外，还要排出井下各种热源放出的热量，从而保证井下采矿生产达到安全规程的要求，为井下作业人员创造一个比较安全、舒适的作业环境。因此。必须重视冬瓜山井下的通风问题，以确保冬瓜山铜矿能够顺利实现投产、达产的生产目标。冬瓜山铜矿床的开拓系统已经基本形成。包括冬主井(书5，6m)、冬副井(66。5m)、专用进风井(书6。9m)、冬辅助井(巾4．5m)、大团山副井(巾5．6m)及冬瓜山专用回风井(巾7．4m)等共六条竖井以及主斜坡道(…670875m)和一875m主运输水平的环形运输巷，采区包括一670、一730、一790、一850m中段和一875m运输水平，各中段之间通过斜坡道联络。目前三条主要回风巷中一790m总回风巷和一850m l。总回风巷已经投入使用，850m 2+总回风巷及部分采区回风联络巷正在施工。根据矿体赋存条件。采用大直径垂直深孔落矿以及上向中深孑L落矿阶段空场嗣后充填的采矿方法段计年产量330万t。根据攻关“深井高温高应力矿床采矿方法研究”的阶段性研究成果，冬瓜山铜矿床沿走向划分盘区，宽度lOOm，盘区长度为矿体水平厚度。盘区之间暂留隔离矿柱(宽18m)，采场方向沿矿体走向．长度为78m(尾砂充填采场)或82m(胶结充填采场)，宽度18m，采用“隔一采一”的匿采顺序，鄹先采矿房，圜采结束后照蔽结充填，再采矿校，回采结束后用尾砂充填。 2局部通风方案的确定 2．1掘进巷遭的基本参数和作韭条体 (1)掘进巷道的断面形状为三心拱形(墙高3．0m，拱高1．0m)，断殛蘧积27。24m2，最大长度100m，宽度7．2m，坡度

中国石化复杂地层深井超深井固井技术

中国石化复杂地层深井超深井固井技术 丁士东 桑来玉 周仕明 （中国石化石油勘探开发研究院德州石油钻井研究所,山东德州 253005） 摘要：深井超深井复杂地层固井面临着高温、高压、高含腐蚀性气体、压稳与防漏、盐膏层、顶替效率低等固井技术难题，固井难度大。为此，采用了“封”、“堵”、“压”、“快”和“新”等综合固井技术措施，应用新型非渗透和胶乳防气窜水泥浆体系，提高了水泥浆本身抗窜能力，减低CO2和H2S对水泥石的腐蚀；采用纤维堵漏水泥浆，提高了水泥浆堵漏能力和地层承压能力，扩大了钻井液安全密度窗口；建立了动态循环承压试验方法，采用分段压稳设计模型分析固井后环空压力，实现压稳和防漏的协调统一；采用双凝双密度水泥浆设计，确保主力气层快速形成早期强度，实现“以快制气”，有效控制气层气体；采用旋转尾管固井新技术，在洗井和注水泥过程中旋转尾管，提高了洗井质量和水泥浆顶替效率。通过上述技术措施，为解决中国石化复杂压力深井超深井固井技术难题作了有益的尝试，取得了较好的现场应用效果。 主题词： 中国石化 深井超深井 复杂压力 水泥浆体系 固井应用 近年来，随着中国石化油气勘探开发的不断深入，钻井技术水平的提高，出现了越来越多的深井超深井，完钻井深大多超过了6000m，主要集中在新疆塔里木盆地、川东北地区等区域。在钻井中过程中，经常遇到高压地层，如塔河油田秋南1井、巴楚区块，川东北地区河坝等区块；以及遇到低压易漏失地层，如塔河油田二叠系，深部奥陶系，川东北地区海相地层，这些复杂地层都增加了固井的难度。 中国石化塔河油田2008年产能建设超过600万吨，川东北盆地海相层系油气勘探也取得了很大进展，发现了目前国内最大的海相整装气田-普光气田，在其外围也相继发现了清溪、河坝等高产气田，元坝等外围区块准备进一步加快，以普光气田为主体的川气东送已列入国家“十一五” 重点工程并正式开工建设，川东北海相油气勘探开发展示了良好的前景。 塔里木盆地、川东北地区海相气井井深、温度高，地层压力高，特别是川东北地区、塔河雅克拉气田，很多气井含有酸性或腐蚀性气体H2S和CO2，给油气田安全勘探与开发带来了巨大挑战。2006年的罗家2井泄漏出含H2S的天然气，都造成了对周围生命、财产和环境的极大破坏，分析认为这与其固井质量差有很大关系；在普光气田先期8口探井中，有6口井正是主要由于固井质量不好和没有充分考虑井下CO2和H2S气体对水泥环以及套管柱腐蚀问题，不能直接转化生产井，造成了数亿元经济损失。 1 主要固井技术难题分析 深井超深井固井受到的影响因素众多（如井眼条件、钻井液性能、地层漏失和地层流体等），技术难度大，风险非常高。 (1)气层压力高，气层活跃，固井后易发生环空气窜。

深井金属矿床高效开采及地压监控技术研究

深井金属矿床高效开采及地压监控技术研究大规模开发深部金属矿产资源,是我国矿业可持续发展所面临的重大前沿课题之一。针对冬瓜山铜矿深井开采关键技术问题,结合“十五”国家科技攻关课题“复杂难采深部铜矿床安全高效开采关键技术研究”(2004BA615A-04),采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合的方法,对深井金属矿床高效开采与地压灾害监控关键技术进行了深入系统的研究。(1)针对冬瓜山矿床初步设计推荐的采矿方法所存在的技术问题,开展了深井高应力环境下、缓倾斜特大型金属矿床采矿方法优化研究。优化了盘区和采场布置方式,简化了采准工程,降低了采切比;确定了合理盘区隔离矿柱宽度和采场结构参数,提出了长进路双采场堑沟式底部结构,形成了以暂留隔离矿柱阶段空场嗣后充填采矿方法为核心的深井缓倾斜金属矿床大规模安全高效开采方法,有效地突破了初步设计推荐的采矿方法存在的技术瓶颈。 (2)采用数值模拟分析的方法,结合冬瓜山铜矿的具体开采技术条件,研究提出了深井大盘区、大采场、大产能缓倾斜厚大矿体安全高效开采合理的回采顺序,以确保矿山具有持续稳定日产万吨的生产能力和回采过程安全。(3)设计并构建了服务于回采区域关键地点和重点工程的围岩应力应变监测系统和服务于整个回采区域的微震监测系统,实现了深井开采岩爆与地压灾害致灾环境的网络化实时监测。(4)开展了基于微震监测的深井开采地压活动规律研究。圈定了首采地段不同时段的地压活动集中区域,研究获得了井下不同震动检测波形的特征和成因;采用量化地震学原理研究了开采岩层的应力变形强度分布,评价了现有开采条件下盘区隔离矿柱和回采采场的地压活动状况及其稳定性。 提出了不同类型震动波形的分类识别和处理日常地震信号波形的方法,提高了地震信号处理速度和准确性。(5)通过对微震监测数据的研究,揭示了现有开采条件下首采地段开采诱发的地压活动时空变化规律。研究表明,目前的地压活动主要是由采掘活动引起,首采地段地压活动集中区与采掘工程相对应,在时空上随采掘活动的改变而发生变化;随着回采和采准工作的进行,应力不断地重新分布,应力和变形是波动的。目前累积位移量和应力都较小,说明地压活动较弱,总体来看,岩层是稳定的。 (6)结合冬瓜山铜矿采矿巷道不同的围岩特性和工程部位,研究确定了采矿

深井固井井眼准备及下套管技术

深井固井井眼准备及下套管技术 川庆钻探工程公司工程技术处二0一0年七月二十七日

第一部分井眼准备及下套管技术 一、井眼准备 川渝地区地质构造复杂，地层承压能力低及井漏普遍存在，为确保套管柱下入和注水泥施工的安全顺利进行，因此井眼准备是下套管及注水泥施工作业前的最重要的工作之一。 1、地层承压能力试验 固井施工作业前应了解和掌握地层的三条压力曲线，即地层压力、地层漏失压力和地层破裂压力，固井施工最理想状态是使整个管柱环空当量液柱压力，大于地层压力而小于地层漏失压力，上述几条压力曲线是设计固井施工参数（水泥浆密度、注替排量等）的最重要依据。地层压力和地层破裂压力可通过钻井设计和实钻资料了解和掌握，而地层漏失压力多数情况下不得而知，常常需要对地层做承压试验来了解。在下套管作业前，通常采用三种方式对地层进行承压试验，即井口憋回压（其前提条件：在不发生静止井漏或循环井漏的情况下，井内静液柱压力与憋压值之和折算为当量泥浆密度应小于上层套管鞋处地层破裂压力梯度，否则不能采用）、加重钻井液摸拟固井施工压力和加大循环排量摸拟固井施工压力，或上述几种的综合应用，如龙岗构造、九龙山构造、七里北构造等各构造的井普遍进行了承压试验，根据试压结果最终确定施工方案和施工主要参数。 2、堵漏及提高地层承压能力

为了满足固井施工安全和固井质量要求，对于实钻中发生井漏和承压试验发生漏失的井，都必须进行堵漏作业。针对不同漏失性质分别采取颗粒级配的复合堵漏材料、随钻堵漏材料和注水泥堵漏等多种方法。九龙山构造的龙16井、龙17井和铁山坡构造的坡1-X2井等在下生产套管前，都耗费了大量物力、财力进行了长达数十天的堵漏及提高地层承压能力工作。 3、钻井液性能处理及循环 固井施工作业前，钻井液性能是否得到优化处理和调整以及充分有效的循环对于固井作业安全和提高固井质量的严重影响愈来愈受到固井界工程技术人员的高度重视。充分认识到钻井与固井是两套不同的钻井液性能要求，钻井主要重视钻井液对砂屑的携带、悬浮和对井壁保护的能力，而固井则要求其具有较低的粘切和屈服值，使其易于被顶替；注水泥前对钻井液充分有效的循环有助于破坏其结构力、改善其流动性和对井筒的清洁、净化，更有利于确保施工安全和进一步提高水泥浆顶替效率。固井施工设计中即规范了固井对钻井液性能和钻井液的循环要求，彻底改变了以前固井前不管泥浆性能好坏，下完套管开泵正常即施工的习惯做法。 4、通井 针对目前川渝地区所钻直井、定向井、水平井及井身结构情况，按照摸拟入井套管柱的刚性、尺寸的原则，规范和制定了从

煤矿千米深井开采技术现状

煤矿千米深井开采技术现状 1 国内外深井开采现状 在我国已探明的煤炭资源中，约占50%的煤炭埋深超过千米。随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，我国煤炭开采逐步转向深部，煤矿开采深度以8～12m/年的速度增加。如何能够安全、高效、低成本地开采深部煤炭资源，将其转换为经济建设有力的能源保障，成为目前我国煤炭行业亟需寻求突破的重大技术难题。 1.1 国外深井开采现状 煤矿深部开采是世界上大多数主要采煤国家目前和将来要面临的问题。在世界主要采煤国家中，美国、澳大利亚、德国、英国、波兰、俄罗斯等国家采矿业较为发达，原西德和前苏联较早进入深部开采。在20世纪60年代初，原西德埃森北部煤田中的巴尔巴拉矿的开采深度就已经超过1000 m，达到1200m；从1960~1990年，原西德煤矿的平均开采深度从730m 增加到900m 以上，最大开采深度从1200m 增大到1500m，并且以每年约10m 的速度递增。前苏联在解体前的20年中，煤矿的开采深度以每年10~12m左右的速度递增。在俄罗斯，仅顿巴斯矿区就有30个矿井的开采深度达到1200~1350m，波兰的煤矿开采深度已达1200 m，日本和英国的煤矿开采深度曾分别达到1125 m 和1100m。 1.2 国内深井开采现状 近年，我国经济持续高速稳定发展，能源需求旺盛，煤

炭产量大幅度增加，2012年生产原煤36.5亿t。矿井开采延深速度加快，一大批矿井快速进入深部开采阶段。东北及中东部地区的多数矿区开采历史长，开采深度相对较大。预计在未来20年，很多煤矿的开采深度将达1000~1500m。如现在新汶矿区平均最大回采深度达到1032m。 图我国煤矿千米深井分布图 据国家煤矿安全监察局初步统计，我国已有平顶山、淮南和峰峰等43个矿区的300多座矿井开采深度超过600m，逐步进入深部开采的范畴，其中开滦、北票、新汶、沈阳、长广、鸡西、抚顺、阜新和徐州等近200处矿井开采深度超过800m，而开采深度超过1000m 的矿井全国有47处。其中山东省就有21处。目前，全国最深的矿井是新汶孙村煤

复合岩层地质下铁路隧道围岩控制技术研究

复合岩层地质下铁路隧道围岩控制技术研究 发表时间：2019-03-27T16:12:25.260Z 来源：《基层建设》2018年第35期作者：王晨阳 [导读] 摘要：为了解决复合岩层地质下铁路隧道围岩变形严重问题，确定合理的支护体系。对具体的地质情况进行了分析，阐述了复合岩层地质下铁路隧道锚杆支护设计原则。 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作 454000 摘要：为了解决复合岩层地质下铁路隧道围岩变形严重问题，确定合理的支护体系。对具体的地质情况进行了分析，阐述了复合岩层地质下铁路隧道锚杆支护设计原则。确定了在不同情况下的支护形式和参数。在隧道内布置测站。现场监测结果表明：隧道监测初期支护体应力有一定波动，随着观测时间的增加而增大，但在47d内开始趋于稳定，左右拱腰收敛应力分布为50MPa和42MPa左右。说明此支护方案效果良好，能够有效控制围岩变形。 关键词：铁路隧道；围岩变形；监测；围岩控制 1 隧道变形的地质特征与危害 发生大变形的隧道一般具有以下地质特征：（1）隧道围岩条件。发生大变形的围岩主要有：①显著变质的岩类，如片岩、千枚岩等；②膨胀性凝灰岩；③软质粘土层和强风化的凝灰岩；④凝灰岩和泥岩分互层；⑤泥岩破碎带和矿化变质粘土等。这类围岩的凝聚强度c 值较低，内摩擦角值很小，单轴抗压强度较低。 （2）隧道处于高应力区，且大变形地段的隧道一般埋深在100m以上。 （3）隧道围岩的天然含水量大。 深埋隧道通过软岩和断层带时，在高的地应力和富水条件下通常产生大变形。这种隧道围岩变形量大，而且位移速度也很大，一般可以达到数十厘米到数米，如果不支护或支护不当，收敛的最终趋势是隧道将被完全封死，如果发生在永久衬砌构筑以前，往往表现为初期支护严重破裂、扭曲，挤出面侵入限界。这种大变形危害巨大，严重影响施工工期或者线路正常运营，而且整治费用高昂。 2 复合岩层地质下铁路隧道锚杆支护设计原则 （1）一次支护原则 锚杆支护要避免二次或多次支护，应尽可能一次支护就能有效控制围岩变形。这是实现矿井高效、安全生产的要求，为采矿服务的巷道和硐室等工程，需要保持长期稳定，不能经常维修；另一方面，这是锚杆支护本身的作用原理决定的。巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳，而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆，支护效果会受到显著影响。 （2）高预应力和预应力扩散原则 预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性。 （3）“三高一低”原则 即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。在提高锚杆强度（如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度）、刚度（提高锚杆预应力、全长锚固），保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。 （4）临界支护强度与刚度原则 锚杆支护系统存在临界支护强度和刚度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，巷道围岩变形和破坏得不到很好的控制。因此，设计锚杆支护系统的强度与刚度应高于临界值。 （5）相互匹配原则 锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数和力学性能应该相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。 （6）可操作性原则 锚杆支护设计方案应该有可操作性，有利于施工管理和掘进速度的提高。 （7）安全经济原则 在保证巷道围岩支护效果与安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件前提下，尽量做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。 3 复合岩层地质下铁路隧道支护参数 3.1锚杆支护参数 型号为?20mm×2000mm左旋螺纹钢高强的锚杆，匹配150mm×150mm×10mm高强拱形托盘与高强螺母，是配套产品。加长树脂锚固，钻孔直径≤30mm，K2335和Z2360各一支用作为锚固剂的规格，锚杆预紧力矩不低于300N?m，锚杆锚固力不低于100KN。 辅助支护：顶板配以钢筋网作为辅助支护，钢筋网采用Ф6mm的钢筋焊接而成的经纬网，经纬网网格大小为100mm×100mm，钢筋网尺寸为2880mm×1100mm，相邻网搭接约100mm，铁丝钮扣联结，联结距离不大于200mm。 3.2锚索支护参数 使用直径是17.8mm，长为7300mm，有效长度7000mm左右的1×7股高强度且低松弛钢绞线制，锚索一排一根，排距2000mm，并且紧跟掘进迎头来施工。锚索钻孔直径≤30mm，锚索用3卷树脂锚固剂锚固型号分别为一支K2335与两支Z2360，理论锚固长度约1400mm左右，并在锚索锚固端1300mm处施加挡圈。用型号为250mm×250mm×12mm的高强球型锚索托盘，锚索的预紧力应该≥200KN。锚索锚固力不低于300KN。 遇地质变化较大的地段，锚索长度可根据需要调整，锚索应深入稳定顶板2~3m。 3.3表面喷浆 设计方案中喷射混凝土强度是C20，喷射混凝土配比为：水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2。刚开始喷时可适度减少石子掺量。水灰比为 0.4~0.5。原材料按照重量计，称量的允许偏差值：水泥和速凝剂均为 2%，砂子和石子均为 3%。设计方案中喷浆厚度为150mm，一次

复杂地质条件下极不稳定煤岩巷道围岩稳定性控制及 ... - 湖南科技大学

推荐2017年度湖南省科技进步奖公示材料 项目名称： 复杂地质条件下极不稳定煤岩巷道围岩稳定性控制及成套技术 推荐奖种： 科技进步奖 主要完成人： 朱永建王斌王平张道兵余伟健袁越彭小跃唐鸿翔 主要完成单位： 湖南科技大学湖南黑金时代股份有限公司周源山煤矿重庆市巫山煤电有限公司 推荐单位： 湖南科技大学 项目简介： 本项目以复杂地质条件下极不稳定性煤岩巷道围岩稳定性与控制为主要工 程背景，在国家自然科学基金、湖南省自然科学基金和湖南省科技计划项目等的 资助下，通过大量理论分析和现场实践，与各矿山企业开展广泛合作研究，提出 了新的巷道围岩分类方法和控制理论，发明了多种新型支护结构与锚固形式，开 发了多种支护新方法及其施工器具与监测手段，进一步推动了复杂条件下矿山巷 道围岩控制理论与技术的发展。 针对顶板岩层结构复杂的大跨度、超长巷道，根据复杂地质条件下的煤巷顶 板围岩变化不确定性特点以及锚杆支护技术工程特性，确定了神东矿区锚杆支护 煤巷顶板稳定性主要影响因素，在BP神经网络预测模型的基础上开发了神东矿 区锚杆支护煤巷顶板稳定性分类软件系统，利用开发的软件系统对该矿区分矿 井、分煤层、分区域进行了煤巷顶板稳定性分类；针对湖南煤业集团周源山煤矿 和重庆市巫山煤电有限公司等矿井提出了综采大跨度回采巷道“锚杆-锚索”减 跨支护技术和大断面切眼的支护方案。 结合高应力软弱煤岩体巷道围岩变形特点，提出了长、短锚杆等应力轴比承 载拱强度理论，讨论了支护结构与围岩形成的承载共同体的大小和形状对深部软 岩巷道稳定性的影响，开发了长、短锚杆支护技术，发明了一种用于全长锚固支

护的协调变形和用于控制深部岩体的高效锚固吸能锚杆等锚固装置，该研究成果应用贵州兴义市凹子冲煤矿回风斜井等巷道。 为了提高构造带极不稳定松散围岩巷道的稳定性，重点研究了端面顶板冒落高度与各影响因素线性相关性，分析了构造带极不稳定松散围岩变形特点，提出全断面注浆设计和双液注浆技术等相关治理方案，开发了一种新型注浆锚索装置和具有自动推进功能的全断面封闭带预切糟U型钢支架及施工方法，该研究成果广泛应用于林东矿业集团泰来煤矿回采和运输等巷道。 针对复杂地质条件下极不稳定巷道的锚固施工问题，为提高钻孔质量和效率，应用了一种新型专用底板钻机，并研发了多角度精确成孔的凿岩机气腿式支架和一种用于巷道底板的带洛阳铲头的锚索钻机等装备；针对深部动压巷道锚杆检测与监测，优化了可伸长锚杆检测的拉拔仪，开发了锚杆安装质量检测的新方法和巷道智能自动监测系统等配套技术。该系列技术在贵州林东矿业集团泰来煤矿、贵州兴义市凹子冲煤矿和重庆市巫山煤电有限公司等矿区进行了应用。 项目获授权发明专利6项、实用新型专利4项、出版专著1部、发表学术论文10篇，近三年来，本项目先后在湖南煤业集团周源山煤矿、湖南华润煤业唐洞煤矿有限公司、贵州林东矿业集团泰来煤矿、重庆市巫山煤电有限公司、贵州兴义市凹子冲煤矿等10余家矿山企业得到了推广应用，取得直接经济效益超过1.0亿元，显著改善了煤矿巷道的维护和安全状况，为煤炭行业的科技进步做出了重要贡献。

深井软岩巷道破坏机理与围岩控制技术研究

深井软岩巷道破坏机理与围岩控制技术研究 李智峰 （黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨150027） 摘 要 矿井开采进入深部以后，原有的支护方式及支护强度已很难适应深井煤巷的变形特征，巷道围岩变形根本无法满足矿井安全生产的 需要。该文通过对深井软岩巷道的变形破坏机理，采用锚杆为主的联合支护技术，实现了深井软岩巷道围岩控制的长期稳定，也为该类巷道推行锚杆联合支护技术提供了参考和借鉴。关键词 深井 软岩 锚喷支护中图分类号TD327 文献标识码 A *收稿日期：2012－02－27 作者简介：李智峰（1972－），男，辽宁彰武人，中级职称，毕业于黑龙江科技学院计算机科学与技术专业，大学本科。现为黑龙江科技学院安全工程学院教师，主要从事科研管理和煤矿安全方面的研究工作。 随着煤矿开采强度与范围显著增加，巷道布置出 现了以下发展方向：（1）在巷道层位方面，永久性巷道从岩巷向煤巷发展，以提高掘进速度，缩短建井周期；放顶煤开采技术的广泛应用，使得回采巷道从岩石项板煤巷向煤层项板巷道和全煤巷道发展。（2）在巷道断面形状与大小方面，拱形断面向矩形断面发展，以提高掘进速度与断面利用率，回采巷道有利于采煤工作面的快速推进；小断面向大断面发展，以满足大型采掘设备与高开采强度的要求。（3）在回采巷道数量方面，单巷布置向多巷发展，以满足高瓦斯矿井及大型矿井运输、通风的要求。（4）从巷道赋存条件方面，埋深从浅部向深部发展，简单地质条件向复杂地质条件发展，特别是深井软岩巷道围岩控制问题，增加了巷道支 护难度，对支护技术提出更高、更苛刻的要求 ［1－3］ 。因此，本文从深井软岩巷道破坏机理，针对具体实际情况确定巷道支护方式和技术参数，通过现场工业试验获得良好的技术经济效果。1 深井软岩巷道破坏机理 随着开采深度的增加，地应力也随之增加，由于围岩强度小，巷道围岩应力状态达到或超过岩石的塑性变形临界或强度极限，要达到一个新的平衡，必须由深部岩石来承载巷道动压，当一个平衡点被破坏，就要求有一个新的平衡点来支持，这样必然造成巷道围岩松动圈增大，由浅入深，因而巷道收敛变形量急剧增加，稳定性差，给巷道稳定性控制带来困难。1．1深井巷道矿山压力 深井巷道稳定性差的根本原因是深井巷道的矿山压力较大，或简单地说是原始地应力大，假定巷道承受的垂向地应力等于地层重力。对于深度达到800m 的巷道，则自重应力可达到20MPa ，如果巷道围岩的轴抗压强度为40MPa ，则有巷道的不稳定系数为0．5，则巷 道围岩会因应力集中达到单轴抗压强度极限。对于受 到采场矿压作用的巷道，则更容易发生变形破坏。1．2深井巷道变形破坏规律 若以巷道松动圈的厚度来表示巷道变形破坏情况，则可发现：随采深的加大，各种岩性巷道的松动圈的厚度随着加厚；岩性越软则松动圈厚度越大，承受动压作用的各种岩性巷道松动圈的厚度值更大一些。鸡西荣华煤矿主要大巷所在水平的岩层主要为泥岩、煤和炭质泥岩，经观测泥岩、煤和炭质泥岩松动圈最大在2 2．5m 之间，属于深井软岩，极难支护。1．3深井软岩巷道稳定性控制 通过以上分析，巷道稳定性主要取决于3方面的因素：（1）巷道围岩应力场，主要由开采深度和采动影响决定；（2）巷道围岩的力学性质，主要由岩层结构、岩石强度和裂隙发育情况等因素起作用；（3）巷道支护方式和参数。 因此，深井软岩围岩控制应从煤层赋存情况、开采 深度和井田的地质情况为依据， 从巷道的支护方式和参数入手，不断优化支护方案，增强围岩强度，提高支护能力来控制巷道的稳定性。2锚杆支护在软岩巷道中的应用 2．1 支护方式的选择 以鸡西荣华矿水平运输大巷为例介绍软岩巷道围岩控制方式。 软岩支护设计必须采取卸压、让压与加固围岩、提高围岩自承能力相结合的方法，若采用料石砌碹的支护方法，不仅工序复杂，支护工期长，工人劳动强度大，成本高，而且因砌筑材料是刚性的，起不到卸压、让压的作用，当围岩应力发生变化时，极易破坏，不能解决软岩支护问题；采用U 型钢支架支护，虽然承载能力高，可缩性强，但硐室高度、跨度较大，施工困难，成本较高，且它不能对巷道围岩提供主动支护作用，也不是一种理想的支护方式。根据荣华水平运输大巷围岩的 实际情况， 对设计依据进行了详尽分析后，确定采用以高强度左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆为主的锚、网、索与喷射混凝土联合支护。通过高强度左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆对围岩进行主动加固，保持围（下转第155页） 3 512012年第5 期

深井开采冲击地压与防治

深井开采冲击地压与防治 王志方 郑永学 (红透山铜矿 辽宁　113321) (东北大学 沈阳　110006) 摘要　用矿岩能量指标和岩爆倾向度等多因素评价作为岩爆发生条件的判据,对红透山铜矿的岩爆现象作了定性研究与监测,并介绍了防止岩爆发生的几项措施。 关键词　岩爆　岩爆判据　深部地压　采空区处理　两步开采 由冲击地压引起的岩爆是最危险的地压活动。它不同于其它静力形式地压活动,其特点是以瞬间突变的急剧释放能量的爆炸形式发生动力破坏,发生时有不同量级的能量逸出,常带有岩块或碎屑高速射出。活动本身虽然发生在高应力区,但引发的破坏范围很大,且发生的时间、地点、规模也难以预测,因而高量级冲击地压的后果非常严重。近年来,在红透山铜矿随着开采深度增加,冲击地压现象日臻加剧,其防治与研究工作亦相应有了很大进展。 1　深部开采的冲击地压现象 红透山铜矿属前寒武纪块状硫化物矿床,矿石中硬,围岩为片麻岩,中硬以上。目前开采深度达1377m,近十余年岩爆活动有明显发展。 最初的岩爆显现始于+13m中段(地下深度437m)的弱岩爆现象,表现为电耙道突然迸裂,发出劈啪劈啪爆豆般响声,岩石碎块射出2～3m远。进入-587～-767m中段后(深度范围1037～1217m)便发展为中等岩爆,在回采过程中,岩(矿)柱突然劈裂或坍塌,岩块射出、响声频度增加。该深度范围十余个采场发生岩爆引发了200～400m2的顶柱或上盘突然垮落,造成人员伤亡,个别采场报废,影响了生产的正常进行。进入-767～887m中段(1217～1397m的深度),岩爆情况有了新的发展。1200m深度以上主要在开挖空间较大地段如采场、硐室有显现,而在1200m深度以下,在掘进石门时即发生岩爆。据1995年9月调查,上述中段二副井前巷、后巷顶板和帮壁均有大面积近似层状剥落,厚度0.3～0.5m,撬掉后再行剥落。个别处发生响声后有数立米滑块射落。上述井巷工程附近的岩爆活动,引起了矿山的高度重视。为防止更严重的岩爆,我矿与东北大学于1988年开始联合进行了十年的红透山矿冲击地压活动研究。 2　岩爆判据的提出 目前所见岩爆发生判据有能量、刚度、岩爆倾向度等多种理论及表达式,似有单一性。东北大学郑永学教授提出的采用矿岩能量指标和岩爆倾向度等多因素综合评价作为岩爆发生条件的判据是比较全面的评价标准,并作为红透山矿发生岩爆的评价标准。该综合理论主要思想是:岩爆发生要有两个条件,一是必要条件,即能量条件或应力条件;二是充分条件(岩性条件),只有同时具备这两个条件岩爆才会发生,其表达式是: K i>K i3(1) U>U3(2) (1)式表达了岩性条件,反映了岩石能否发生岩爆的倾向性大小的物理力学性质,系充分条件。K i是实验室测定的岩样冲击倾向性指标,K i3为发生岩爆的限定指标。 ? 8 ?

超深井下套管固井技术

超深井下套管固井技术 摘要：随着勘探开发的不断深入，深井、超深井数量越来越多，套管的下深也越来越大，对下套管技术也提出了越来越高的要求。在各次下套管前，认真通井做好井眼准备、调整好钻井液性能。下套管作业中严格执行制定的技术措施，保证了各次套管顺利下到预定井深。 关键词：超深井套管设计、下套管钻井、固井工艺。 典型举例： 一、超深井套管设计 （一）超深井主要应解决6个方面技术难点： （1）井深结构的局限性导致固井质量难以满足要求。 （2）技术套管磨损严重，导致下部钻进困难。 （3）套管柱设计难以完善，固井工具可靠性差。 （4）地下水质变化大，导致水泥石的腐蚀严重。 （5）井下漏失和井涌问题等井壁稳定问题突出。 （6）穿越高压层和低压盐膏层、含硫地层。 （二）套管设计 现在虽然有成熟的设计方法和设计标准但由于外在的计算条件难以确定，深井套管柱设计依然是一项困难的工作。经常发生这样的情况:按照规范设计很好的管串，在以后的生产过程中出现挤毁、破裂、变形、磨损等问题。

例如：克参1井的地层压力高达124MPa，完井选用V150、P110和NKT140梯形扣套管，试油时套管发生破裂。因此，超深井的套管设计、应适当增加安全系数，并对各种生产条件全面衡量，经过谨慎权衡后，确定最终的外载条件。用于超深井固井的主要工具、附件有内管注水泥工具、分级注水泥接筛、尾管悬挂器、浮箍、浮鞋、扶正器。扶正器对于保证顶替效果、提高固井非常重要，它的重要作用有两个：套管居中和造成局部紊流。按以下原则：（1）套管鞋部位下入1～2个扶正器。（2）油气层段及上下50m内，每根套管加1个扶正器。（3）在大肚子井段，每根套管加一个扶正器。（4）其他井段酌情下入扶正器。 二、水泥浆和前臵液设计 深井、超深井的水泥浆密度一般较高，因此，在密度一定的情况下，最重要的性能就是失水控制了。由于配制一定密度的水泥浆所需的水灰比小，所以，少量的失水就会对水泥浆性能特别是稠化时间和粘度产生极大影响，因此API失水最好在50m以内或更低。深井、超深井中往往难以采用紊流固井技术。当套管尺寸大时，虽然顶替排量较大，但由于环空容积大水泥返速较低，当套管尺寸小时，由于流体摩擦阻力大，顶替排量小。这两种情况都难以实现紊流固井。因此，最现实的方法是：低返速固井和大排量顶替固井。最佳的顶替原则是保证水泥浆在环空的壁面剪切应力接近30MPa。如果井下条件不允许，至

软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术研究

软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术研究 顾士亮 (中国矿业大学,江苏徐州221008) [摘　要]　针对张双楼煤矿西大巷围岩力学性质,主要是膨胀性泥岩在浅部遇水破碎、扩容的特征、深部膨胀特征,通过现场测试、建立力学模型、数值计算,对西大巷稳定性的 力学效应、受采动影响时围岩塑性区及破碎区宽度及变形与采动支承应力的关系 分析,分析在采动支承应力作用下的软岩巷道,其围岩破碎区、塑性区的范围,巷道 变形与破碎围岩塑性区范围、峰后强度、支护的关系,研究动压软岩巷道围岩变形 机理、软岩巷道围岩流动规律,提出了深井巷道围岩控制的“内、外结构”稳定性原 理。针对西大巷围岩地质条件,依据研究的成果,寻求巷道稳定控制技术,并通过 工业性试验检验,使得西大巷由研究试验前的强烈变形到研究后的基本稳定。[关键词]　软岩;巷道;稳定性;控制 [中图分类号]　T D263　[文献标识码]　B　[文章编号]　100326083(2004)0120015203 0　引　言 在煤矿巷道中,70%～80%的巷道受到采动影响,到深部后表现明显的软岩特性,巷道强烈底鼓、围岩难以控制,动压影响的软岩巷道的维护状况已成为制约煤矿集约化生产的瓶颈。与一般软岩巷道相比,动压软岩巷道稳定性主要取决于巷道的围岩性质、动压的影响。对这类巷道围岩稳定性及其控制尚未有系统的研究。通过对张双楼煤矿西大巷围岩力学性质分析,探讨软岩动压巷道围岩稳定性原理及控制技术。 1　巷道围岩岩性及其对巷道稳定性的影响分析 (1)围岩工程力学性质。岩石强度试验表明,砂质泥岩、泥岩、海相泥岩强度较小,单轴抗压强度一般20～40MPa,部分低于20MPa。海相泥岩最大膨胀率1718%,最大膨胀力012MPa,砂质泥岩最大膨胀率2818%,最大膨胀力0131MPa。 (2)西大巷变形的主要原因。岩石的工程力学性质差;受到7煤和9煤叠加采动支承压力作用;原支护形式不合理,难以抗拒围岩012～0131 MPa的膨胀力。 2　软岩巷道围岩受力变形分析 峰值强度前的变形为线弹性变形;在岩体破坏前,不发生体积应变,但在峰值后出现塑性剪胀扩容和应变软化现象,在应变软化区和残余变形区的塑性扩容系数一致;曲线简化为弹性变形区(虎克定律)、应变软化区和残余变形区(摩尔2库仑准则),对应巷道围岩变形的弹性区、塑性区和破碎区。 3　动压作用下的软岩巷道围岩受力变形 动压对软岩巷道变形的影响主要反映在塑性区岩体的蠕变。蠕变速度始终维持在一定的水平。不同应力水平下峰后蠕变试验如图1所示 。 (a)加载 (b)峰后蠕变 (c)峰后蠕变 (d)峰后蠕变 图1　不同应力水平下峰后蠕变曲线 51 2004年第1期 能源技术与管理

巷道围岩控制方法与支护方式

巷道围岩控制方法与支护方式 [摘要]在煤矿生产过程中，巷道围岩控制与巷道的支护是非常重要的环节，关系到煤炭生产的高产高效与采煤安全生产。降低巷道围岩应力，提高围岩的稳定性，合理选择支护是巷道围岩控制的主要途径。本文主要阐述了巷道围岩压力及影响因素、巷道围岩控制措施、方法和巷道保护与支护措施等技术问题。 【关键词】巷道；围岩控制；支护方式 在煤矿生产过程中，巷道围岩控制与巷道的支护是非常重要的环节，关系到煤炭生产的高产高效与采煤安全生产。降低巷道围岩应力，提高围岩的稳定性，合理选择支护是巷道围岩控制的主要途径。回采导致的支承压力不但数倍于原岩应力，并且，影响范围大。巷道受回采影响后，围岩应力、围岩变形成几倍、几十倍急增。巷道围岩控制的实质是利用煤层开采引起采场周围岩体应力重新分布的规律，正确选择巷道布置和护巷方法，使巷道位于应力降低区内，防范回采引起的支承压力的影响，控制围岩压力。本文主要阐述了巷道围岩压力及影响因素、巷道围岩控制措施、方法和巷道保护与支护措施等技术问题。 1、巷道围岩压力及影响因素 1.1、围岩压力 （1）松动围岩压力。因巷道挖掘而松动、塌落的岩体，其重力直接作用在支架结构物上的压力，表现为松动围岩压力载荷形式，如支护没有有效控制围岩变形，围岩形成松动垮塌圈时，造成松动围岩压力，顶压显现严重。 （2）变形围岩压力。支护可控制围岩变形的发展时，围岩位移挤压支架而出现的压力，即：变形围岩压力。在围岩、支护力学体系中，围岩与支架互相作用，围岩就对支架施加变形压力。弹性变形压力是围岩弹性变形时作用在支架上的压力，弹性变形出现的速度很快，变形量相当小，围岩、支护相互作用的过程，实际作用较小。塑性变形压力是因为围岩塑性变形和破裂，围岩向巷道空间位移，使支护结构受压，这是变形围岩压力的基本形式。塑性变形的状况由巷道塑性区和破裂区的范围所决定。塑性区的扩展具有时间效应，它不再扩展时，围岩变形速度就下降。 （3）膨胀围岩压力。 与变形压力不同，它是由吸水膨胀导致的。从表面上看，膨胀压力是变形压力，而两者的变形机制完全不同。一个是与水发生理化反应；一个是围岩应力与结构效应。

浅谈深井开采中的深井降温

浅谈矿山深井降温技术发展趋势 摘要:深井开采矿山随着开采深度的不断加深单凭自然通风降温有时已经不能满足通风降温的需要，为此各种各样的降温方法，非制冷降温、人工制冷水降温、制冰降温、空气压缩制冷降温技术等等均被尝试，甚至为此工人们把常规的空调技术发展应用到深井开采当中而出现了矿井空调系统，对于各种深井降温方法有一个简介与应用。 关键词：深井开采；人工制冷；矿井降温 概述 岩层离地表越深，温度越高;矿山开采深度增大，岩温也随之增高，这是众所周知的现象。岩温是深井矿山作业面气温升高、工作面作业条件恶化的主要原因之一。温度在深井开采时的重要性，与它和人体所适应的温度有关。人是通过皮肤散发热量来维持平衡，故必须保证通风风流的温度要低于标准要求的28 ℃(新标准为26 ℃)高于28 ℃就应采取某种形式的降温措施。一般认为，当矿井内工作面的空气干球温度超过30 ℃，就称为高温工作面，矿井内出现终年持续的高温工作面并影响到采掘的正常进行，就认为出现了矿井热害。人在湿热的空气中作业时间较长，人体大量出汗，大量氯化钠、水溶性维生素、矿物盐随之排出，正常的水盐代谢被破坏，从而可能出现热痉挛，就会发生中暑、昏倒、呕吐和湿疹等疾病，人的某些机能就会出现故障，导致事故增加。据日本调查统计，30 ~37 ℃的工作面较30 ℃以下的工作面事故率增加1．5 ～2．3 倍同时井下高温条件还将引起劳动生产率下降。据南非统计资料表明温

度超过标准1 ℃时，工人的劳动效率降低7 % ～10 %。当然，矿井的气候条件好坏，不仅仅取决于温度的高低，在很大程度上还取决于含湿量与空气流动速度，因为人体的湿热感觉与汗液的蒸发难易程度密切相关。同样的温度，湿度大就会感到闷热;相同的温度与湿度，有风就会感到凉爽。因此，美国原矿业局采用“实效温度”这一概念，规定其不超过26．7 ℃。所谓“实效温度”是指考虑了湿度和风速的指数。深井开采矿山高温热害的防治措施主要有隔绝热源、减湿和增湿降温、通风降温、人工制冷空调等。通常认为开采深度不超过1 600 m 的情况下，可以通过通风降温就能达到目的，而超过1 600 m 就要采取人工制冷措施。人工制冷按设备位置和制冷剂类型分为:地面集中空调系统、井下集中空调系统、井上下联合空调系统和井下分散局部空调系统;按载制冷剂类型又可分为以水为载冷剂的矿井空调和以冰为载冷剂的矿井空调等［1 －3 ］。1.深井开采人工制冷技术 1．1 地面集中空调系统 地面集中空调系统分为地面冷却风流系统和井下冷却风流系统［4 ］。地面冷却风流系统全部设备在地面，对矿井总进风流进行冷却，缺点是低温风流不断被井下热源加热，降温效果差。故仅适用于开采深度小、风流距离短的高温矿井。井下冷却风流系统制冷机位于地面，载冷剂(冷水或盐水)通过隔热管道被送到井下采掘工作面的空冷器。由于从地面到井下的高差大，载冷剂管道中的静压很大，所以必须在井下增设 1 个中间换热装

国内复杂深井固井现状及技术需求分析

国内复杂深井固井现状及技术需求分析 齐奉忠 刘硕琼 袁进平 （中国石油集团钻井工程技术研究院完井固井所，北京海淀 100195） 摘要：随着国内油气田勘探和开发工作的不断深入，深井超深井的数量也越来越多，通过联合攻关及技术引进，固井质量得到了较好保证。本文全面总结了国内近年来复杂深井固井技术发展情况，特别是在深井超深井、复杂气井、抗高温水泥浆体系等方面的进展情况，分析了目前存在的主要问题及与国外的技术差距，结合国内目前普遍存在的问题，提出了今后复杂深井固井研究的主攻方向。 关键词：固井 深井 气井 外加剂 水泥浆体系 固井质量 气窜 近年来，随着国内油气田勘探和开发工作的不断深入，深井超深井数量也越来越多。深井超深井固井在井眼准备、套管下入、抗高温水泥浆体系选择、抗高温隔离液、固井工具及现场施工工艺等方面提出了更高的要求。通过技续攻关及技术引进，形成了较完善的固井配套技术，固井质量得到基本保证。近年来，国内深井固井技术取得的进步主要表现在以下几个方面。 一、近年来国内复杂深井固井技术取得的主要进展 1．超深井固井取得突破 近年来，国内在超深井固井方面取得突破。新疆风险探井莫深1井Ф339.7mm套管下深4463m，裸眼段长达近4000m，套管重量达516t；Ф244.5mm套管下深6404m，重量达521吨，均创国内新纪录。中石化塔深1井Ф206.4mm无接箍尾管下深6800m，Ф127.0mm尾管下深8405m，井底温度180℃。塔里木油田古城4井完钻井深6550 m，Ф127.0mm尾管下深6430 m，井底最高温度达185℃；塔中88井完钻井深7260m，Ф127.0mm尾管下深达7189.2m，井底温度152℃。吉林长深气田的长深5井Ф139.7mm 生产套管下深5321m，井底静止温度达180℃，该井全部采用国产油井水泥、外掺料和外加剂，固井质量合格井段100%，优质井段98.87%。 2．复杂深气井固井质量基本得到保证 针对塔里木油田的窄安全密度窗口高压气井固井，川渝地区的高含H2S气井固井，大庆、吉林油田的高含CO2深气井固井等技术难题，近几年来国内加强了对气窜失重机理的研究，总结了影响气窜的主要因素，提出了综合防气窜、防漏失的配套技术措施，在固井工艺、固井工具、水泥外加剂、高密度隔离液、防漏固井材料等方面取得了一些进步，对于保证这些复杂气井的固井质量起到了积极的作用。 吉林长深气田生产套管固井质量合格井段平均达到97.75%，优质井段达到81.13%。大庆庆深气田、塔里木迪那及克拉气田、川渝地区深气井的固井质量也基本满足了生产要求，为国内天然气的稳产增产起到了积极的作用。 3．复杂深水平井及特殊工艺井固井日益完善 近年来国内加大了水平井的应用力度，如中石油2006年完成水平井522口，2007年完成806口，