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专利号: 2024102173691
申请人: 安徽建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2026-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种厚松散层薄基岩待建煤矿立井井筒底含疏‑注加固方法,其特征在于,所述底含疏‑注加固方法包括如下步骤:步骤S1,立井井筒及首采区规划设计:

根据矿区开采规划,选取立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0),设计首采区首采工作面布置区域角点abcd,建立平面坐标系0xy,确定立井井筒的设计参数,设计参数包括内直径R1、外直径R2、厚度M、深度H、立井井筒的施工方法;

所述施工方法包括钻井法和冻结法;

步骤S2,现场钻孔取芯:

在以立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)为圆心,R为半径的区域内,钻取芯孔进行取芯,获得地层参数,地层参数包括厚松散层厚度H1、薄基岩厚度H2、底含厚度M1;

所述步骤S2中,通过对取芯孔在底含层位进行压水试验或抽水试验测得底含渗透系数k1,通过对底含试样进行室内试验测试测得压缩指数Cc1,室内试验测试的步骤包括:

步骤S21,采用高级固结仪进行装样后对所制底含试样施加初始孔隙水压力pw和轴向力pa,pa=2*pw=(20*h)kPa,h为底含平均深度,m;

步骤S22,保持轴向力pa不变,将孔隙水压力pw降为零,记录所述底含试样疏水过程的压缩变形量,计算压缩指数Cc1,步骤S3,疏水孔布置:

以立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)为中心,布置疏水孔;

步骤S4,水文观测孔布置:

在最外圈疏水孔外侧和立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)处钻水文观测孔;

步骤S5,地表测点布置:

沿立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)呈发散状布置多条观测线,观测线上布置地表测点;

步骤S6,底含疏水;

所述步骤S6中,对所述底含通过所述疏水孔抽水的方式进行底含疏水,同圈疏水孔同时疏水,不同圈疏水孔采用跳跃式疏水,跳跃式疏水是指不同圈疏水孔的相邻疏水孔不同时疏水;

待全部疏水孔疏水结束后静置24小时,然后在立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)处进行抽水试验,按公式1计算地层渗透系数k2:                  公式1在公式1中,Q为O(0,0)抽水量;r1、r2为与O(0,0)抽水点共面的两个水文观测孔与O(0,

0)抽水点轴线的距离;h1、h2为所述两个水文观测孔的水位;

所述底含上面若有厚度大于50m的含水层,厚度大于50m的所述含水层也要进行疏水,所述步骤S6结束后,钻2~4个孔取芯,获取疏水后底含厚度M2,通过室内试验测得压缩系数Cc2,通过计算获得底含压缩变形量△M:△M=M1‑M2                   公式2‑6

所述底含的压缩指数Cc2<0.2且地层渗透系数k2小于10 cm/s时,底含疏水结束,‑6当地层渗透系数k2大于10 cm/s或0.2≤Cc2,均需进行下一轮疏水,直至达到疏水结束标准;

步骤S7,疏水孔后处理:外圈疏水孔通过低压方式注入微细水泥浆,内圈疏水孔留作水文观测孔;

低压是指1.2 1.6倍注浆层位静水压力,~

底含疏水固结后,所述微细水泥浆的特征粒径与所述疏水固结后底含的特征粒径满足如下关系实现柱形渗透扩散:            公式3

在公式3中,D15为底含粒径级配累积曲线中颗粒含量小于15%所对应的特征粒径;d80为微细水泥浆采用的水泥的粒径级配累积曲线中颗粒含量小于80%所对应的特征粒径;W/C为3

微细水泥浆的水灰比;k为压力系数,k=0.1~0.2;γw为水的容重,kN/m;h为底含平均深度,m;

p0为标准大气压强;

步骤S8,立井井筒施工。

2.如权利要求1所述厚松散层薄基岩待建煤矿立井井筒底含疏‑注加固方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述平面坐标系0xy确定方法如下:选择立井井筒的轴心地表点为坐标原点,由所述坐标原点指向矿区首采工作面中心地表点A为x轴正向,过所述坐标原点、垂直x轴且正方向符合右手规则的直线为y轴正向,所述步骤S2中,所述取芯孔穿越厚松散层和薄基岩,通过取芯孔钻取芯样,获得厚松散层厚度H1、薄基岩厚度H2、底含厚度M1;所取芯样的长度>10cm、直径>50mm,将所述芯样制备成底含试样。

3.如权利要求1所述厚松散层薄基岩待建煤矿立井井筒底含疏‑注加固方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述疏水孔有N圈,N=2 5,~

2 5圈疏水孔的圈径为30m 100m,每圈包括8 16个疏水孔,相邻的两圈疏水孔相距20m~ ~ ~ ~

40m,相邻的两圈疏水孔错开布置;

所述疏水孔的孔径为5cm  15cm。

~

4.如权利要求3所述厚松散层薄基岩待建煤矿立井井筒底含疏‑注加固方法,其特征在于,所述步骤S4中,在最外圈疏水孔外侧布置三圈水文观测孔,三圈水文观测孔分别距离最外圈疏水孔50m、100m和200m;

所述水文观测孔的直径为5cm 8cm,

~

每圈水文观测孔包括4个水文观测孔,4个水文观测孔成正交布置;

相邻的两圈水文观测孔错开布置;

最内圈的所述水文观测孔的相邻孔之间连线的中点也布置水文观测孔。

5.如权利要求1所述厚松散层薄基岩待建煤矿立井井筒底含疏‑注加固方法,其特征在于,所述步骤S5中,在所述平面坐标系0xy的x轴和y轴的正向与负向布置观测线,在观测线上布置地表测点;

同一所述观测线上相邻地表测点的间距为10 50m,靠近矿井轴心附近适当增加地表测~点的数量;

同一所述观测线上的所述地表测点自立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)向坐标轴正向和负向呈双向变疏布置,靠近立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)处的地表测点间距为

10m,最外侧的地表测点间距为50m;

距离立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)最远处的地表测点与最外圈水文观测孔所在圆的直线距离大于200m。

6.如权利要求3所述厚松散层薄基岩待建煤矿立井井筒底含疏‑注加固方法,其特征在于,所述步骤S7中,内圈疏水孔留作立井井筒和工业广场后续生产运营期的水文观测孔,所述外圈疏水孔注浆时,所述内圈疏水孔和所述立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)处同时进行抽水;

所述外圈疏水孔注浆完成1个星期后,在所述立井井筒轴心位置地表坐标O(0,0)处进行抽水试验,采用公式1计算地层渗透系数k2,同时在其外侧1m~2m处钻2个孔取芯,通过室‑6内试验测得压缩系数Cc3,确保k2小于10 cm/s且Cc3<0.2。

7.如权利要求1所述厚松散层薄基岩待建煤矿立井井筒底含疏‑注加固方法,其特征在于,所述待建煤矿立井井筒底含疏‑注加固方法适用于厚松散层薄基岩地层和常规地质条件,当所述煤矿立井井筒采用冻结法施工时,所述疏水孔根据冻结法设计要求继续作为冻结孔、冻结泄压孔和水文观测孔;

当所述煤矿立井井筒采用钻井法施工时,所述疏水孔根据钻井法设计要求继续作为水文观测孔。