[00957820]深井冻结壁形成与融化机理及应用

1.项目所属科学技术领域：“深井冻结壁形成与融化机理及应用”系列成果属矿井建设领域。主要解决煤矿深井冻结法凿井中，多圈管冻结壁的形成特点；多圈管冻结方案优化设计；深井冻结壁设计计算；深井冻结壁内部冻胀应力特点与控制措施；外层井壁上的冻结压力特性；冻结壁与井壁相互作用关系；冻结壁融化规律与冻结井壁注浆最佳时机与优化设计等科学问题。2.主要技术内容：（1）获得了深井冻结壁形成与融化规律，建立了多圈管冻结壁形成与融化温度场计算数学模型并在有限元程序中实现；（2）提出了深井多圈管冻结方案优化设计方法和内部冻胀力控制措施；（3）冻结井筒穿越深厚粘土地层安全施工保障与工艺；（4）在不同工况下，深井冻结壁的力学特性分析与安全性评价；（5）获得深井冻结壁融化规律、井壁注浆最佳时机和注浆工艺及参数优化设计。3.授权专利情况：本成果授权实用新型专利2项，软件著作权 2项。（1）人工冻土力学性能试验的低温箱（ZL201120082379.7）；（2）一种冲气式双膜防水压力盒（ZL20112008282368.9）；（3）人工冻结法凿井信息可视化软件（网络版）V1.0（2011SR055623）；（4）深厚表土地层人工冻结法凿井信息可视化软件 V1.0（2011SR048001）。4.技术经济指标：优化冻结方案、确保冻结井筒施工安全快速、冷冻站制冷量控制。 技术指标：（1）确定不同地层、不同深度、不同温度条件下地层冻结与融化的热物理参数；（2）井帮温度与井筒深度的关系、井筒冻结过程中制冷量的控制、防止冻结管断裂的技术措施；（3）冻结壁设计计算方法；（4）冻结壁形成和融化时间比；（5）井壁最佳注浆时间的确定；（6）不同地层注浆工艺及注浆参数。 经济指标：（1）评价冻结造孔质量、在保证冻结壁安全的前提下，确定合理的井筒开挖时间；（2）井帮温度控制，保证井筒安全、无片帮及其它工程事故，避免隐蔽工程，节约井壁混凝土用量；（3）实时掌握冻结壁发展性状，合理制定井筒冻结段施工方案，一般一个井筒施工期能提前 50-60天，节约冻结时间 30-40 天，节省冻结成本；（4）及时掌握冻结壁的状况，分析冻结壁安全性，保证冻结管和冻结壁的安全，保证冻结法凿井工程的安全；（5）合理确定井壁注浆时机及注浆参数，实现良好的冻结井壁注浆效果，减少或取消多次注浆费用。5.应用推广情况：该成果已成功应用于淮南矿业集团顾桥煤矿、谢桥矿井和潘一东矿等10多个冻结井筒，取得了良好的经济效益。6.经济及社会效益：通过课题的研究，掌握了深井多圈管冻结壁的形成和融化规律，研发了冻结法凿井信息可视化软件；进行深井多圈管冻结方案优化设计节省了冻结费用；进行冻结壁安全性评价和井帮温度控制，防止冻结管断裂，保证冻结法凿井安全、快速、经济和优质；掌握冻结井壁最佳注浆时机、确定合理的注浆工艺及注浆参数，实现了冻结井壁注浆目的，保证了优良的注浆效果。课题研究获得了良好是社会经济效益。目前，我国安徽、山东、河南、河北、内蒙古等深厚表土层地区仍有大量的煤矿新井需要建设，因此，该课题的研究成果具有广阔的应用前景，将在我国煤矿新井建设中，取得十分显著的经济与社会效益。