对非开挖钻孔缩径抱管问题的分析探讨

水平定向钻进非开挖铺管的回拖阻力异常增大往往是钻孔缩径抱管所造成.分析了影响缩径抱管应力的因素:主要是孔内泥浆压力与地应力之差、土层的弹性模量、蠕变性、时间和泥浆失水量;籍此建立了"零失水"状况下计算抱管应力的经验公式,并对泥浆失水造成的影响做了探讨;从综合控制孔内泥浆压力、采用强降失水泥浆体系、紧凑施工作业时间、提高泥浆的润滑性等方面提出了降低抱管阻力的措施.     

黏度时变性灌浆材料加固碎裂岩体应用研究

针对普通水泥浆流动时间长、早期强度低、可灌性差,在复杂岩体注浆中质量难以保证的问题,提出以普通水泥浆为基浆,对普通水泥浆适当掺加外掺剂进行改良,以调节水泥水化及硬化进程,形成SJP黏度时变性灌浆材料。其特征主要为浆液初始流动性好,浆液黏度增长缓慢,浆液过可泵时间后其黏度将迅速增大,浆液在可泵时间内保持良好的可灌性;浆液流动时间可控,可泵时间到初凝时间间隔短,浆液不易被冲蚀;同时浆液固结体具有前期强度增长快,后期强度高的特点;可以根据不同岩层特点,改变外掺剂的加入量,可以形成与地层良好适应性的灌浆材料。应用结果表明:对于陡倾、宽缝、碎裂岩体,SJP黏度时变性灌浆材料具有良好适宜性,可以作为锚杆灌浆材料,在减少材料用量的同时,可缩短工时,灌注质量满足设计要求。SJP灌浆材料已应用到坝基加固、房屋地基处理、地质灾害治理工程中。     

基于黏度时变性的桩端压力浆液上返高度模型及工程应用

桩端后压浆浆液上返高度对后压浆桩承载力的计算影响较大。基于幂律型流体的黏度时变性特征,推导了考虑黏度时变性的桩端压力浆液上返的理论计算公式,并给出了参数的确定方法及成层土中浆液上返高度的迭代算法;结合台州湾大桥的接线工程,利用电磁波CT对桩基后压浆的加固效果进行了探测分析。结果表明,采用浆液沿压浆管道阻力损失的拟合值并考虑黏度时变性得到的浆液上返高度的计算结果与实测结果基本吻合且偏于安全,而忽略黏度时变性得到的计算结果偏大,会对后压浆桩的承载力设计造成不利影响。此外,电磁波CT能观测到桩体、水泥浆加固体及土体的分布情况,且能推测出水泥浆液在桩端的扩散范围和沿桩身的上返高度,可用于评价后压浆桩的压浆效果。研究成果可为后压浆桩的设计和效果检测提供参考和指导。     

渤钻低密度固井水泥浆降低煤层气储层伤害的实验

针对煤层气井传统的固井水泥密度较大,在固井过程中产生较大压差,影响半径较大,且滤液成分矿化度较高,持续对储层产生伤害的问题,通过对比渤海钻探所使用的低密度固井水泥浆(统称渤钻浆)和常规固井水泥浆的失水量、滤液性能和稠化时间,并通过分析其滤液成分、电导率、渗透率回复率和计算污染半径,评价了渤钻浆降低煤层气储层伤害的能力。结果表明:渤钻浆失水量比常规固井水泥浆小一半,并且滤液黏度高、矿化度低和电导率低,使渤钻浆污染的煤样渗透率降低为28.97%(常规水泥浆污染的煤样渗透率降低为65.87%),渗透率恢复率为89.81%(常规水泥浆渗透率恢复率为61.18%)。综合来看渤钻浆不仅密度低,形成压差小,保证煤层稳定,还减小污染半径,降低了对煤层气储层的伤害。      

煤矿井筒重复破坏的化学注浆治理

兴隆庄矿西风井井筒事隔5a后第二次发生破坏,原因是松散层失水造成第四系压缩下沉。经分析论证,采用地面注水泥浆-化学浆复合注浆工艺,通过浆液在裂隙中流动、凝胶、劈裂、充填,可实现对岩体裂隙的封堵,达到控水、增强、防止沉降的目的。      

深厚黏土层多圈管冻结壁温度场发展规律

多圈管冻结法施工已在深厚地层矿井中广泛应用,为了研究多圈管冻结壁温度场发展规律,以淮南某矿为研究对象,利用现场实测数据和FLAC3D软件2种方式对比分析研究多圈管冻结壁温度场发展规律。研究结果表明:冻结壁中圈孔最先开始交圈,其次是外圈孔,最后是内圈孔,测温孔温度和冻结壁平均温度随冻结时间的延长均呈对数关系下降,最终趋于稳定,冻结壁有效厚度在交圈后增长明显,随冻结时间的延长呈对数关系增大,主面和界面温度场曲线在冻结管处近似呈V形发展,主面和界面温度随冻结时间的延长逐渐降低,对比分析验证了冻结壁温度场模型数值模拟的可行性,数值模拟对工程施工具有参考指导价值。      

钻孔水泥浆灌注替浆量的计算及操作问题

分析了钻孔水泥浆液灌注过程中孔内水位变化以及管路虹吸现象对替浆量的影响;指出了以往替浆量计算方法的不足;根据水力学压力平衡理论修订建立了新的钻孔水泥浆灌注替浆量的计算公式。      

双圈管冻结壁温度场形成特性及影响因素

为研究双圈管冻结壁温度场变化规律，以淮南某矿副井为研究对象，根据其相关地质参数，利用FLAC3D软件数值模拟双圈管冻结壁温度场形成过程以及不同因素对冻结壁平均温度的影响。研究结果表明:双圈管内土体温度最低，两侧温度逐渐升高；冻结孔间距越小，交圈时间越早，内外圈管交圈之后形成封闭的未冻承压水仓，对冻结壁不利，冻结锋面向内侧扩展速度大于向外侧扩展速度；双圈管冻结壁平均温度与冻结时间呈对数关系下降，有效厚度在内外圈管交圈后增长十分明显，且与冻结时间呈对数关系上升；双圈管主、界面温度场曲线随冻结时间近似由马鞍形分布逐渐转变为梯形分布，界面温度场扩展速度大于主面温度场；土体初始温度、盐水温度及导热系数对冻结壁平均温度影响均较大，土体初始温度和盐水温度越低、导热系数越大，冻结壁平均温度越低。研究成果为相关冻结工程的设计和施工提供参考。      

考虑黏度时变性的水泥浆液盾构壁后注浆扩散规律及管片压力模型的试验研究

对水泥浆液黏度时变性进行了试验研究,证实了工程常用水灰比范围内水泥浆液服从宾汉姆流体特性;不同水灰比浆液黏度均随注浆时间增大而大幅度增加。根据试验结果,考虑注浆过程中水泥浆液黏度随时间的变化,对盾构壁后注浆水泥浆液的扩散规律及因注浆而造成的管片压力进行了推导及分析。计算表明：相同注浆时间条件下,水泥浆液扩散半径及注浆对管片产生的压力值均随注浆压力的增大而增大。考虑浆液黏度时变性后,扩散半径、注浆对管片压力值等均较不考虑浆液时变性时减小,且随注浆压力的增大,浆液黏度变化对管片压力值的影响更加明显。相同注浆压力条件下,浆液扩散半径及对管片产生的压力值均随注浆时间的增长而增加,但注浆前期增长速度较快,而后逐渐减缓。研究成果对于盾构壁后注浆工艺选择及参数设计具有较大的指导意义。     

深部高承压水地层裂隙岩体冻结温度场实测研究

通过深部高承压水地层冻结法凿井现场实测,获得矿井裂隙岩体各个层位测温孔的温度和盐水去回路干管温度变化规律.结果表明:测温孔实测温度在冻结初期呈线性下降规律;当温度继续降低到岩石的结冰温度以后,降温速率逐步增加;当冻结帷幕达到设计温度时,实测温度变化趋于平缓;外圈管外侧测温孔降温速率最慢,两圈管之间位置的测温孔降温速率最快;位于不同位置不同层位的测温孔降温速率不一致,其中位于92m深度的卵石层(C1^#测温孔)降温速率为0.54℃·d^-1,位于209m深度的砂质泥岩(C3^#测温孔)降温速率为0.9℃·d^-1;根据实测温度可以预测地层形成冻结帷幕的交圈时间、厚度、平均温度等冻结设计参数.深部裂隙岩体冻结温度实测资料对指导冻结帷幕设计与施工具有重要实践意义.     

水泥-膨润土泥浆配比对防渗墙渗透性能的影响

作为一种垂直防渗墙体材料,水泥-膨润土泥浆已在欧美等一些国家被广泛应用于垃圾填埋场的垂直防渗系统中,而国内对此类墙体材料的研究和应用较少。通过对不同配合比的水泥-膨润土泥浆固结体进行渗透试验,研究了原材料对泥浆固结体渗透性能的影响以及渗透性随龄期变化的情况。试验结果表明,水泥和膨润土对固结体渗透系数的影响相互依赖,只有在水泥用量达到一定程度后,增加膨润土用量才能有效地降低固结体的渗透性能;随着龄期的增加,水泥-膨润土泥浆固结体的渗透系数明显降低。     

挥发性有机物污染泥浆固化稳定化试验研究

针对有机污染场地修复施工过程中出现的冒浆现象,选取2种典型有机污染泥浆,通过多组室内试验,对比分析了4种固化剂的固化稳定效果。结果表明：4种固化剂均有较好的减水效果,典型泥浆I的含水率28 d降幅可达45%,而典型泥浆II的28 d减水效果以固化剂A（5%水泥）最优,其含水率降幅为37%;固化土样孔隙水电导率EC随龄期先升高后降低,其峰值出现在3 d或7 d;固化土样pH值总体随龄期而增大,且典型泥浆II的pH值明显高于典型泥浆I;泥浆固化后qu值随龄期发展而快速增长,且典型泥浆I强度远高于典型泥浆II,并以固化剂A、C固化增强效果最佳,28 d时固化剂C固化的典型泥浆I、II的qu值分别达到233、48 kPa;添加固化剂尤其是含凹凸棒土的固化剂B、D能有效降低有机污染物的浸出,其28 d龄期对典型泥浆I、II的稳定率超过81%。固化泥浆EC、pH值与qu值关系具有明显规律,可反映其强度生长状况。     

纳米二氧化硅在固井水泥浆中的应用研究进展

近年来,纳米二氧化硅由于其本身超高的比表面积及与水泥的火山灰反应,在石油天然气工业中引起了广泛的关注。本文系统梳理了纳米二氧化硅在固井水泥浆中的研究现状,着重介绍了纳米二氧化硅对固井水泥浆的失水量和稠化时间、对水泥石的力学性能和微观结构的影响,总结了NS在高温条件下的性能表现,探讨了纳米二氧化硅在固井水泥浆的应用中存在的问题、面临的挑战以及未来的发展方向,以期对纳米二氧化硅在固井领域的 应用和发展有所帮助。     

泥水平衡盾构用海水泥浆的改性试验研究

由于海水中富集大量可溶性盐类及各种金属离子成分,利用海水配置的海水泥浆具有相对密度大、胶体率低、稳定性差、失水量高等特点,不能满足泥水平衡盾构施工要求。为实现对海水泥浆改性以达到利用海水泥浆维持开挖面稳定,降低穿江越海盾构施工成本,选用CMC（羧甲基纤维素钠）、纤维素PAC（聚阴离子纤维素）、聚丙烯酸铵等8种添加剂进行海水泥浆性质变化试验,优选出对海水泥浆改性明显的添加剂,并分析优选添加剂掺入量和时间对海水泥浆性质的影响规律。同时,基于优选的添加剂CMC,利用泥膜形成试验平台进行改性海水泥浆地层渗透试验。研究表明：不同添加剂对海水泥浆性质变化差异较大,增黏剂PAC、CMC对海水泥浆的改性效果稍好,24 h离析出现浑浊层、混合层、絮凝沉淀层。海水泥浆对地层渗透的滤水量大于改性海水泥浆,泥皮也稍厚,但呈稀疏状态。可以推测,添加剂中和部分海水成分,呈絮凝沉淀,多余添加剂表现出对淡水泥浆的增稠作用。     

煤层气泡沫水泥浆固井工艺技术及现场应用

针对沁水盆地南部煤层气井储层压力低、易漏失、易坍塌的特点,开发了超低密度泡沫水泥浆体系及暂堵型前置液体系,并形成了泡沫水泥浆固井技术。泡沫水泥浆体系密度为1.10~1.20 g/cm3,具有良好的流动性能、无游离液、沉降稳定性好、API失水量小于50 mL/30 min、稠化时间合理、水泥石强度高等优点;暂堵型前置液体系具有良好的流变性能,对3号煤层具有良好的堵漏能力。根据钻井过程中出现的漏失情况、完钻后的钻井液返出情况及井壁稳定情况,从固井浆体的用量、顶替液的顶替排量等方面总结了泡沫水泥浆固井的配套工艺措施。在沁水盆地南部现场试验了4口井,取得了较好的效果。      

岩溶基底隧道拱顶沉陷三段四层关键技术研究

为有效治理岩溶基底城市隧道拱顶地层沉陷地质灾害,在充分探明沉陷区水文地质、工程地质特征的基础上,提出了“三段四层控制技术”,将治理区划分为沉陷区重点加固段、影响区次重点加固段和超前加固段;再根据治理深度和治理顺序进一步把沉陷区重点加固段分为顶部阻浆层、拱顶止浆垫层、拱顶加固层和中间加固层,研究了每段、每层注浆加固机理、浆液类型选择和控制注浆参数。研究成果表明,采用孔内复合止浆技术满足不同深度地层分段注浆为主、垂直孔和定向斜孔相结合,充填注浆、劈裂-挤密注浆相结合,以速凝浆液为主、单液水泥浆为辅,严格控制安全注浆参数,是“三段四层控制技术”安全有效注浆的技术关键,该技术方案在岩溶基底城市隧道拱顶地层沉陷地质灾害治理方面,取得了较好的注浆加固效果,有良好的推广应用价值。      

煤层气钻孔化学堵漏浆液的配制与试验

为解决山西某矿区煤层气钻孔漏失问题,选择合适的堵漏浆液。基于正交试验的设计方法,以低水解聚丙烯酰胺（PHP）、801堵漏剂、水玻璃和植物胶为堵漏材料制成堵漏浆液,测试了堵漏浆液的相对密度、失水量、塑性黏度、表观黏度、和动切力等指标,并采用极差法与方差法分析了各材料（因素）的显著性。研究表明:塑性黏度、表观黏度受PHP的影响最大,水玻璃对失水量影响最大,801堵漏剂对动切力影响最大。以较大的黏度和动切力及较低的失水量为评价依据,确定了堵漏浆液的最优配方。建立了最优配方堵漏浆液的流变方程,模拟试验测定堵漏浆液的堵漏性能,并通过4个煤层气钻孔工程实践验证了堵漏浆液的堵漏功效。      

水泥浆液在岩体裂隙中的流动沉积机理

研究了水泥颗粒开始沉积时浆液最小流动速度(临界速度)、裂隙中水泥颗粒沉积分布规律与排水方式等,提出了临界速度值以及浆液流动通道形成的起点至注浆孔的距离的计算公式,进一步揭示了水泥浆液在岩体裂隙中的流动沉积机理。     

煤矿空洞型采空区高浓度浆液充填扩展机制及控制措施

高浓度浆液在采空区内的充填扩展机制及控制措施是空洞型采空区充填治理需要解决的难题之一。基于此,结合高浓度浆液输送及流变学理论,构建高浓度浆液充填过程模型,揭示其扩展机制,研究充填扩展过程的动力及阻力计算方法,确定充填堆积体形态主要影响因素及控制方法,并通过室外充填试验验证理论成果。结果表明:高浓度浆液充填阻力计算值与实验值相对误差约为5%;浆液的流变参数屈服应力及黏度与管道输送阻力成正比;凝结特性影响浆液堆积体强度增长趋势,凝结过程使浆液在堆积体与顶板间流动时阻力增大;当充填材料及流量不变时,管道输送沿程阻力主要受管道直径及长度影响;局部阻力与管道直径、弯头、变径形式及数量相关,数量越多局部阻力越大;浆液性质、充填路径及注浆工艺是影响充填堆积体形态的主要因素,缩短充填距离、减少管道变径及弯头数量、降低浆液屈服应力及黏度、增大注浆流量及压力有助于浆液扩展至更大范围,反之可使浆液扩展范围减小。成果为空洞型采空区高浓度浆液控制性充填提供依据。