[00898777]超大型煤矿特厚松软岩层建井关键技术研究与应用

1.项目所属科学技术领域：项目属煤矿建设领域，依托红庆河1500万t/a超大型煤矿项目开展研究。红庆河煤矿是中国生产能力最大的立井煤矿，井筒最大净直径10.5m，是国内煤矿最大直径的立井井筒；箕斗装载硐室掘进体积5800m³，副井马头门掘进体积13740m³，为井下特大硐室。 2.主要研究内容及成果：红庆河井田属于典型的鄂尔多斯侏罗纪煤田，煤层上赋白垩系、侏罗系地层成岩年代晚，岩性具有低强度、弱胶结、易风化、易水解和扰动敏感等特点，软化、泥化现象严重，且地层含水丰富，井筒涌水量高达2150m³/h。井筒与硐室、巷道断面大，且赋存于应力场、渗流场和温度场多场耦合条件下的复杂地层中，建设过程中围岩自稳差、变形大、支护难、周期长、成本高。 为实现700m深厚松软岩层条件下红庆河1500万t/a超大型煤矿的安全、高效建设，围绕矿井开拓通风需求高、深大立井冻结井壁影响因素多、高寒环境井塔施工周期短、深埋大断面井筒及硐室围岩稳定性差等工程难题，通过资料分析、现场实测、室内试验和数值模拟等研究手段，优化了矿井开拓开采布局，改善了通风系统，提高了矿井安全保障；形成了低温条件下井壁大体积高强混凝土养护新工艺，提高了井壁质量；实施了井塔基础冻结壁强制解冻技术，实现了百米井塔连续施工；研究了西部弱胶结地层的力学特性及变形破坏机理，提出了弱胶结围岩的主动控制方法，实现了对井下特大硐室和巷道大变形的有效控制。 3.科学发现及技术创新： ⑴通过对深厚含水松软岩层复杂地质和水文地质条件进行分析研究，针对1500万t/a超大型煤矿生产特点，提出了立井开拓“3+1”模式，形成了“2进2回”的通风系统，达到分区通风、降低负压的作用，提高了矿井安全保障。 ⑵分析了井筒信息化监测数据，首次得到了低于-10℃条件下CF70高强混凝土井壁浇注过程中温度场演化规律，揭示了混凝土水化热与冻结壁温度应力对井壁混凝土的损伤机理；研究了冻结壁强制解冻技术，实现了百米井塔的连续施工，缩短了矿井建设周期。 ⑶基于弱胶结地层的物理力学特性研究，揭示了其细观结构特征及变形破坏机理，建立了临界状态的判别模式，为弱胶结地层围岩支护方法提供了理论支撑。 ⑷研究了特大硐室及巷道围岩变形规律，提出了弱胶结地层中硐室及巷道围岩变形的主动控制方法，首次建立了硐室围护结构的预警和防治体系。 项目研究成果，授权发明专利4项，实用新型专利3项；发表论文10篇，其中EI检索论文6篇。 4.推广应用情况和经济社会效益：项目的科技创新成果在红庆河煤矿建设工程得到成功应用，实现了科研创新为工程实践提供科学理论指导与有效技术支撑的目的，形成了建设生产与科学研究的互馈机制，有效缩短了矿井建设工期，工程总工期提前了8个月。研究形成的超大型煤矿特厚松软岩层快速、安全、高效建井成套理论与技术体系，可为伊泰集团和鄂尔多斯煤田大型、超大型软岩矿井建设提供理论指导和技术支撑，经济和社会显著。