[01225758]深厚复杂地层中立井井壁关键技术

该项目属矿山支护工程领域。 浅部资源日趋枯竭,深层矿体开采技术被《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。 立项前因土层段井壁破裂、岩层段井壁严重开裂漏水、深部冻土壁、深部冻结井壁结构设计的科学依据不足等严重危及矿井安全的重大难题未解决,致使我国深厚含水复杂岩、土层下的大量铁、铜及超万亿吨煤炭等资源一直未能开采。 立井井筒是矿井的咽喉要道,井壁是其安全屏障。因无良好适应表土复杂地质条件的井壁结构技术,1987年以来在煤、铜、铁等矿山有106个冻结井筒和7个钻井井筒发生表土段井壁破裂灾害,造成巨额直接与停产损失,重创了井壁承载力和封水性,使矿井面临水砂溃井淹矿灭顶之灾的威胁。近年来随表土厚度突破400m并挺进800m,井壁受力更大、更复杂。2004年后,随冻结深度由500m跨近1000m,在冻结基岩段延用国内外惯用的表土段双层复合井壁结构技术出现了内壁厚达1.0～2.5m以上、井筒造价高达20～35万元/m以上、井壁漏水高达110m3 /h以上等严重问题,迫切需要创新冻结基岩段井壁结构及其施工技术以减薄井壁、降低造价并解决漏水难题。因此亟需研发可靠的立井井壁结构技术。 该成果在国家科技支撑计划等资助下,攻克了深厚复杂地层中立井井壁结构及设计施工关键技术,取得以下重要科技成果： 1)高径向承载力井壁结构及设计理论研究,研发了高强混凝土井壁、钢纤维高强混凝土井壁结构型式,研究并获得了井壁结构的承载特性,揭示了C60～C80及CF60～CF80钢纤维高强混凝土井壁的力学特性,建立了高径向承载力井壁结构的设计理论和方法,解决了井壁结构设计难题,为应用高径向承载力井壁结构提供了关键技术支撑。 2)立井井筒的建设主要采用冻结法和钻井法这两种特殊方法,特殊的施工环境需要特殊的高性能混凝土技术和施工技术,因此,严苛条件下的井壁高性能混凝土材料及施工技术研究成为重要内容,经过十余年的研究,研发了适应外载快速增长要求的高性能混凝土材料,获得了严苛条件下（井帮-15～-20℃低温环境、外载增长迅速、不同养护条件）不同部位井壁混凝土的强度增长规律,研究了井壁高性能混凝土材料的施工关键技术,攻克了钻井井筒和冻结井筒复杂恶劣工况条件下C60～C80及CF60～CF80钢纤维高强钢筋混凝土井壁的施工技术难题,为严苛条件应用高性能混凝土进行井筒建设提供了关键技术支撑。 该项成果获授权国家发明专利10余件;出版教材1部;修编国家标准1部;发表学术论文50余篇。该项目成果已用于中国中煤能源集团、河南能源化工集团、山东能源集团等企业累计超过70个井筒,实现了深厚复杂地层中立井井壁结构及施工技术的重大突破,经专家鉴定达到了国际领先水平,该成果的成功应用为开采深厚土层和深厚富水岩层下的矿产资源提供了技术保障,经济和社会效益显著,应用前景广阔。