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大直径救援井安全透巷技术研究

         
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透巷井段是指在救援井施工过程中,为防止上覆岩层出水进入巷道,并保障套管下入、固井时孔底动压力不对巷道顶板造成破坏,井底预留一定厚度的地层。为了实现安全、迅速提升被困人员到地面,要求救援井井径大、优快钻进、精确中靶,同时保持巷道顶板的完整性、控制泥浆涌入巷道。通过理论分析、数值模拟、现场应用等研究手段,优化了救援井透巷施工工艺。通过三维相似模拟,对巷道开挖顶板位移、钻进过程围岩扰动、透巷井段安全距离、套管下深进行研究,同时对空气潜孔锤反循环钻进工艺进行优化,有效封隔含水层及井壁不稳定地层,保证救生舱在救援井下放、提升顺利。以山西某煤矿避难硐室地面救援井为例,建立了巷道开挖、钻进过程数值模拟模型,模拟结果表明:(1)巷道和钻孔围岩岩体破坏的主要方式包括剪切破坏和拉伸破坏,且以剪切破坏为主,地层岩石黏聚力越小,围岩塑性破坏区宽度越大。巷道开挖后顶板塑性区高度达到9.59 m,顶板最大下沉量为15.9 cm。(2)地面大直径救援井钻进过程中,钻井破坏了地层原有应力平衡,引起周围地层的应力重新分布,造成周围地层产生移动变形和塑性破坏区,且以井眼中心呈对称分布,井壁水平位移的范围为20.3~90.5 mm,塑性破坏区宽度为1.43~1.82 m。(3)施加在井底载荷一定条件下,随着透巷距离的增加,开始巷道顶板有大的拉伸塑性应变,当透巷井段长度增加到15 m以上时,顶板塑性应变减弱,随着透巷距离继续增加,侧帮塑性应变受挤压作用增大。大直径救援井安全透巷技术研究,是对救援井施工工艺技术的进一步完善。

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