淮南矿区特殊凿井技术与工程实践

本书旨在通过对淮南矿区1998年以来特殊法凿井的科研成果和建井经验进行全面总结，展示取得的成绩，吸取有益经验，为今后我国煤矿建设尤其是深厚冲积层特殊法凿井提供借鉴与参考。全书共分7章，以淮南矿区新井建设为工程背景，重点介绍了冻结法、钻井法、地面预注浆等特殊凿井法取得的关键技术、施工工艺等研究成果以及工程应用范例。具体包括：冻结温度场及分布规律、新型井壁结构与设计理论、深冻结孔造孔设备与技术、凿井成套装备、快速凿井施工工艺、深大钻井井壁结构、井筒漂浮下沉与壁后充填工艺、新型大钻机和钻具、“注浆—冻结—凿井”三（四）同时地面预注浆井筒基岩段防治水技术。另外，针对揭煤层数多、煤层松软、瓦斯含量大且压力高、渗透率低等特点，研究形成了深井安全快速揭煤成套技术等。

本书汇聚了参与淮南矿区新井建设的各相关单位工程技术、科研等同仁的智慧和心血，我们在编著过程中得到了他们的热情帮助和大力支持，安徽理工大学地下工程结构研究所为本书的技术资料搜集与整理做了大量工作，在此谨向他们表示衷心感谢！

1 绪论

1.1 矿区历史沿革

1.1.1 新中国成立前

1.1.2 新中国成立后

1.2 矿区资源开发与设计优化

1.2.1 矿区资源

1.2.2 淮河以南矿区资源开发

1.2.3 淮河以北矿区资源开发

1.2.4 矿井设计优化

1.3 矿区特殊法凿井关键技术

1.3.1 冻结法

1.3.2 井筒掘砌施工技术

1.3.3 地面预注浆法

1.3.4 钻井法

1.3.5 井筒施工揭煤技术

1.3.6 多工序同时作业

1.4 特殊法凿井技术存在问题与展望

1.4.1 冻结法设计理论与施工

1.4.2 钻井法凿井存在的技术瓶颈与解决途径

1.4.3 深立井地面预注浆技术的不足与改进

2 淮南矿区松散层及基岩特征

2.1 淮南矿区地质概况

2.1.1 地层

2.1.2 构造

2.2 松散层特征

2.2.1 松散含、隔水层赋存条件与岩性

2.2.2 底部松散层赋存特征及分布规律

2.2.3 新生界底部沉积物的沉积相划分

2.3 基岩特征

2.3.1 基岩结构特征

2.3.2 基岩风化带特征

2.4 水文地质特征

2.4.1 松散层水文地质特征

2.4.2 基岩水文地质特征

2.5 工程地质特征

2.5.1 松散层土的物理力学性质

2.5.2 基岩物理力学性质

2.5.3 煤层顶、底板岩石物理力学性质

3 冻结法凿井理论与技术

3.1 淮南矿区新生界松散层土的冻结特性

3.1.1 冻土基本特性

3.1.2 淮南矿区新生界松散层土的热学性质

3.1.3 淮南矿区冻土的力学性质

3.1.4 典型深部矿井冻土物理力学性能试验结果

3.2 冻结工程设计与施工

3.2.1 冻结壁设计

3.2.2 冻结方案

3.2.3 冻结站设计与布置

3.2.4 冻结孔施工技术

3.3 冻结壁温度形成规律与冷量控制技术

3.3.1 冻结壁温度形成规律

3.3.2 冻结制冷控制技术

3.4 冻结井井壁结构

3.4.1 冻结井筒受力

3.4.2 井壁结构形式与设计原则

3.5 丁集矿冻结施工

3.5.1 冻结施工简介

3.5.2 冻结方案

3.5.3 冻结孔施工

3.5.4 冻结孔成孔质量对温度场形成规律的影响

3.5.5 盐水温度与流量控制

3.5.6 小结

4 钻井法凿井技术

4.1 概述

4.1.1 发展与应用概况

4.1.2 淮南矿区钻井法技术创新

4.1.3 钻井法的优越性

4.1.4 钻井法的不足及发展方向

4.2 钻井工艺技术

4.2.1 钻井方案

4.2.2 钻井设备选择

4.2.3 钻井参数

4.2.4 钻井洗井

4.2.5 防偏和测井

4.3 钻井井壁

4.3.1 钻井井壁结构

4.3.2 井壁制作

4.3.3 井壁下沉

4.3.4 井壁固定与充填

4.4 钻井泥浆

4.4.1 泥浆类型

4.4.2 泥浆性能参数与控制

4.4.3 潘三矿西风井钻井泥浆护壁

4.4.4 废弃泥浆的处理

4.5 张集矿西区风井钻井工程应用

4.5.1 工程概况

4.5.2 主要施工装备

4.5.3 钻井施工准备

4.5.4 钻井施工

4.5.5 井壁预制

4.5.6 井壁下沉

4.5.7 壁后充填

5 深井地面预注浆技术

5.1 概述

5.1.1 立井地面预注浆的概念

5.1.2 地面预注浆的特点及适用条件

5.1.3 淮南矿区应用概况

5.1.4 地面预注浆的基本工艺

5.2 地面预注浆工艺方案

5.2.1 注浆方式

5.2.2 注浆深度与段高

5.2.3 注浆材料及配比

5.2.4 注浆钻孔布置

5.2.5 地面预注浆主要设备与布置

5.3 地面预注浆技术参数

5.3.1 注浆压力

5.3.2 注浆量

5.3.3 扩散半径

5.3.4 注浆结束标准

5.4 深井地面预注浆定向钻进技术

5.4.1 定向钻进机具与仪器

5.4.2 定向钻孔设计

5.4.3 顾桥矿副井定向钻进

5.4.4 潘北矿副井定向钻进

5.5 地面预注浆效果检查

5.5.1 抽水方法

5.5.2 涌水量计算

5.5.3 注水方法

5.5.4 井筒排水影响半径计算

5.5.5 井筒涌水量计算

5.5.6 堵水效果

5.6 顾桥矿南区立井地面预注浆施工

5.6.1 工程概况

5.6.2 施工技术参数

5.6.3 注浆孔钻进

5.6.4 注浆施工

5.6.5 注浆材料

5.6.6 注浆质量检查及分析

5.6.7 注浆施工工期

5.7 潘一东矿主井地面预注浆施工

5.7.1 工程概况

5.7.2 注浆深度及段高的划分

5.7.3 注浆参数

5.7.4 注浆浆液

5.7.5 注浆钻孔

5.7.6 注浆工艺

5.7.7 注浆结束标准及效果检查

6 立井井筒快速掘砌技术

6.1 概述

6.2 冻结段快速掘砌施工

6.2.1 施工方案

6.2.2 施工准备

6.2.3 井筒试挖

6.2.4 表土段掘进施工

6.2.5 外壁砌筑

6.2.6 冻结基岩段施工

6.2.7 套内壁施工

6.2.8 主要施工系统设备

6.3 基岩段深孔爆破技术

6.3.1 圈径与炮眼间距

6.3.2 槽孔单孔装药量计算

6.3.3 周边眼光爆参数

6.3.4 周边眼间距和光爆层厚度

6.3.5 崩落眼爆破参数

6.3.6 淮南矿区深孔爆破的主要参数

6.4 立井施工机械化配套

6.4.1 主要施工设备配套要求

6.4.2 淮南矿区立井施工设备配套及优选

6.5 立井信息化施工与组织管理

6.5.1 立井信息化施工

6.5.2 科学化管理

6.6 井筒快速掘砌新技术

6.6.1 利用永久井架凿井

6.6.2 可缩性井壁接头施工技术

6.6.3 “四同时”施工工艺技术

6.7 丁集矿井筒表土冻结段施工

6.7.1 工程概况

6.7.2 冻结段掘砌施工情况

6.7.3 冻结段深厚黏土层施工方法

6.7.4 冻结段快速掘砌施工技术

6.7.5 工程质量与控制措施

6.7.6 施工设备的选择与配备

6.8 丁集矿副井基岩段施工

6.8.1 地质水文情况

6.8.2 基岩段井壁特征及支护

6.8.3 基岩段井壁施工工艺

6.8.4 劳动组织及工程排队

6.8.5 辅助系统

6.8.6 技术质量要求

7 深部立井井筒揭煤技术

7.1 概述

7.1.1 淮南矿区井筒揭煤简况

7.1.2 井筒揭煤基本程序

7.2 深孔预裂爆破增透技术

7.2.1 井筒含煤简况

7.2.2 煤层突出危险性预测

7.2.3 区域防突措施

7.2.4 区域防突措施孔增透方案

7.2.5 增透效果考察方案

7.2.6 考察结果及效果分析

7.3 下向钻孔抽采成套技术

7.3.1 井筒概况

7.3.2 突出危险性预测

7.3.3 区域防突措施

7.3.4 下向钻孔抽采成套技术

7.3.5 预抽效果及效检

7.4 立井井筒揭煤段支护技术

7.4.1 注浆加固煤层，增强煤体稳定性

7.4.2 施工段高

7.4.3 增加临时支护

7.4.4 提高井筒过煤段永久井壁强度

7.4.5 结语