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项目名称 负责单位 起止年限
编号 类别
2 0 0 8 年 科 学 技 术 项 目 划 任 务 书
大断面斜井穿越含水砂砾层保水施工技术研究 江西省矿山隧道建设总公司 2008年1月～2009年12月
2008 年 1 月
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国内外概况、水平和发展趋势及专利情况： 这项研究中保水是施工的前提，顺利通过含水层则是要达到的目标，要解决所遇到的问题需要从保水和过不稳定含水层两个方面进行研究，所以须查询这两个方面的国内外研究现状，使本项研究建立在目前研究现状之上，同时也期望目前现状能够为问题的解决提供一定的借鉴或思路。 1、保水开采研究现状 近年来国内外许多专家、学者对于矿产资源的开采、利用、环境、生态及可持续发展问题均有系统的研究,并提出了绿色开采的概念，保水开采是绿色开采的主要内容之一。钱鸣高等中国矿业大学学者重申了绿色开采的理念并总结了其内涵和特点，建立了基于岩层运动的特点的绿色开采理论基础，构建了保水开采的技术体系，并初步探讨了采用注浆法封闭岩体裂隙，促进新隔水层的形成的水系恢复方法。 缪协兴,陈荣华等进一步提出了在控制采场顶底板水运移中隔水关键层的概念,建立了复合隔水关键层的基本力学模型,进而对具有5层岩层组成的复合隔水关键层进行了相关的强度和刚度分析,给出了不同组合的阻隔水能力判定.从岩层运动与水体运移的视角提出了保水开采的矿压控制思路,为开发水资源保护性的煤矿绿色开采技术提供了相关的技术途径. 西安科技大学赵兵朝等结合陕北榆神府矿区地质开采条件,应用关键层理论,通过关键层挠度计算,分析关键层结构稳定性和关键层上位隔水层破坏强度,给出关键层在不同位置影响导水裂缝带最大高度的广义损伤因子,建立了保水开采识别系统。矿业大学的马立强，张东升等针对浅埋煤层采用传统技术实现保水开采的难点，从开采方法本身采取措施，提出了一套较为系统的薄基岩浅埋煤层保水开采新技术. 此项技术的关键有三：一是长壁工作面快速推进；二是支架合理支护阻力的计算确定；三是局部降低采高或局部充填. 补连塔煤矿 32201 工作面的现场实践结果证明，该套技术的应用是成功而有效的。西安科技大学的侯忠杰等通过实验分析模拟开采实验现象，得出了陕北沙土基型覆盖层在不同的采高下“三带”的分布规律以及土层中裂隙发育规律。综合考虑地质条件、开采技术条件等，确定了属于陕北沙土基型覆盖层类型的榆树湾矿首采面要实现保水开采的合理开采方法是应采用上分层采高为 5m 的分层开采方案，而上分层采后的下分层开采和放顶煤开采方案。中国矿业大学的刘树才等把水文电法勘探技术应用于西部保水开采中。中国矿业 2
大学彭小沾等针对陕北干旱缺水的实际,分析了房柱式保水开采的设计原则.以六道沟煤矿为例,通过分析煤柱的稳定性、顶板垮落高度等,证明了房柱式保水开采的合理性.采后现场实地调查发现,老采空区煤柱完整,没有出现片帮、剥蚀、外鼓和颈缩现象,仅局部地段存在极少量积水,地面的六道沟水库仍保持正常使用,表明合理的房柱式开采后未破坏上覆岩层含水层和地表水体，证明合理的房柱式开采能够实现保水开采。山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿王效义等探索煤矿缓倾斜厚煤层带式回采膏体充填技术，证明技术是可行的。 2、 斜井过不稳定土层特殊施工技术研究现状 斜井过不稳定土层特殊施工技术目前已比较成熟，发展了多种施工方法，如旋喷法，注浆法，冻结法，井点降水法等。这些方法在国内许多矿井中得到成功运用，如旋喷法在新汶矿业集团公司鄂庄煤矿副斜井井筒过流沙层的成功运用,西山镇城底副斜井采用水泥水玻璃双液注浆顺利通过涌水量大（156m3/h）的厚卵石层（12.9m）, 屯兰矿副斜井利用井点降水法通过了特大含水表土层,冻结法在井巷特殊施工中因其可以克服多种复杂条件更是得到了广泛应用。 综上所述，保水开采的研究才刚刚起步，它的研究和应用还相当狭窄，多数仅局限于开采过程的顶板控制问题，对掘进及建井时期的保水问题没有涉及，对水资源的回收和利用问题亦无涉及；斜井过不稳定土层特殊施工技术虽然技术成熟，但这些技术均没考虑施工过程中的保水问题。所以本项目所涉及的保水前提下的特殊施工问题还是一个全新课题。 3
主要研究、实验内容、目标、技术关键及主要技术经济指标 （目标要具体，包括阶段目标和最终目标）： 研究目标： 1、研究出一整套适应斜井保水施工的综合技术，建立地面排水与地下水循环通道，先用井点降水法过含水层，后在井筒周围进行堵水，最后恢复周边水系的保水技术； 2、提出满足保水要求的斜井过含水层井点降水新方案并成功实施，解决在穿越含水层时保护水资源的技术难题，实现了绿色施工。 主要研究、实验内容： 通过对国内外研究现状分析可知，大断面斜井穿越含水砂砾层保水施工综合技术研究项目还是一个全新的课题，需要分别研究保水问题和保水条件下的特殊施工问题，并把二者完美的统一起来。具体来说项目的主要内容包括： 1）井田含水地层特征和水系特性分析； 2）抽水试验研究主斜井穿越主要含水层特性（充水性，渗透系数，涌水量等）及穿越地层地质力学特性试验研究； 3）地下水井上下循环保水系统研究； 4）斜井穿越含水砂砾层特殊施工方案研究； 5）特殊施工方案的技术及参数研究计算； 6）主斜井防渗漏支护技术与施工工艺研究； 7）现场实施及监测。 技术关键及主要技术经济指标： 全面了解和掌握主斜井顺利通过含水不稳定砂砾层，确保当地水系和水资源不被破坏和污染，保证矿区可持续发展以及为相似条件下井筒施工提供一套可行的保水施工技术。 主斜井从见水到安全顺利穿过含水沙砾层，成巷长度104.2米。历时4个月，平均月成巷26米，最高月成巷36米。 4
达到的技术水平，经济、社会效益及推广应用的前景： 大断面斜井穿越含水砂砾层保水施工综合技术研究成果力争达到国内先进水平以上。 通过对同发东周窑矿井主斜井井筒顺利掘进通过含水砂砾层保水施工的综合开采技术研究，实现矿井井筒的安全、绿色施工，提高企业的社会经济效益。 该项技术成果填补了我国矿井建设开拓含水流砂层保水施工方面的空白，提升了煤矿安全开采技术水平，推动了煤炭行业的科学技术进步。随着山西省资源整合重组，大同矿区将会有许多矿井需要更新改造，在矿井设计及建井过程中都应把绿色开采、生态环境保护及水资源保护列为首要考虑因素，这种建井保水施工、循环经济理念必将更加深入人心，因此，该项技术推广应用前景非常广阔。 5
采用的研究、试验方法和（包括工艺流程）： （1）主斜井主要水文地质特征试验研究 ①研究拟建矿井井筒的地层层序、岩性、岩（土）层的物理力学性质、水理性质。 ②研究基岩风化带厚度、含水性及裂隙发育程度。 ③研究含（隔）水层数量、深度、厚度、岩性特征、裂隙发育情况。 ④分层段抽水试验，取得试验段的水位、涌水量、渗透系数、水质和水温资料。计算井筒涌水量。 （2）建立地面排水与地下水循环通道 ①建立水循环系统； ②研究主斜井保水穿越含水层方案； ③确定深井降水技术及参数； （3）井筒防渗漏支护技术及施工工艺研究 ①防渗漏支护方式与参数确定； ②大断面施工技术研究； ③工作面过含水流砂层的施工技术研究 ④安全技术措施及应急救援研究 ⑤冬季施工防冻保温技术研究 （4）实施效果分析 （5）技术路线 项目调研，资料收集与分析，提出项目研究内容及解决的技术途径 主斜井主要水文地质试验研究 保水技术研究，特殊施工方案论证及技术参数研究 斜井防渗漏支护技术与施工工艺研究 现场实施及监测 形成大断面斜井穿越含水砂砾层保水施工综合技术体系 成果鉴定验收及推广 6
现有技术基础及条件（包括本课题作了哪些工作和现有仪器设备条件等）： 江西省矿山隧道建设总公司已掌握了斜井过不稳定土层特殊施工多种技术，具有丰富的管理与技术经验，对大断面斜井穿越含水砂砾层保水施工进行了分析，并到国内有关矿区进行了大量的调查研究工作。 7
地点、试验规模和进度安排： 1、2008年1-2月 收集资料、进行调研 2、2008年3-5月 进行实验研究 3、2005年6月 建立地面排水及地下水循环通道方式 4、2008年7-10月 斜井穿越含水砂砾层特殊施工方案确定 5、2008年10月-2009年3月 现场实施 6、2009年4月 撰写研究报告 7、2009年12月 进行成果鉴定 承担单位和主要协作单位及分工（包括研究、试制、试验各阶段的各单位的分工和承担的责任）： 承担单位：大同煤矿集团公司（甲方） （1）与太原理工大学共同制定整体研究方案，负责提供项目研究所需的矿区图纸、技术资料以及项目研究经费。 （2）协调现场实测和实验室试验取样工作。 （3）负责提供测试与实验所需的器材和设备 （4）参与撰写研究报告。组织项目验收、鉴定及成果申报。 协作单位：太原理工大学 （1）与大同煤矿集团公司共同制定整体研究方案，收集研究所需的矿区图纸和资料。 （3）制定试验方案、进行实验室试验参数测试。 （2）负责进行理论分析、技术研究。 （4）负责制定现场测试方案，指导并参测试与实验。 （5）撰写研究成果报告，协助组织项目验收、鉴定及成果申报。 8
经费概算（包括总概算和分年度预算的项目和费用及偿还经费和年度）： 1.资料收集费：差旅费1.0万元，资料费1.0万元。总计2.0万元。 2.实验研究费：12.0万元。 3.科研成果评审及鉴定验收费2.0万元。 4.不可预计费0.5万元. 合计 16.5万元 需要增添的主要设备、仪器（名称、规格型号、数量）和材料： 9
课题负责人（单位、姓名、职称、职务）： 同煤集团公司东周窑矿 张德良 高级工程师 总工程师 同煤集团公司技术中心 赵 军 教授级高工 采矿研究所所长 课题工作人员（单位、姓名、职称、职务）： 同煤集团公司技术中心 纪润清 工程师 采矿研究所科员 太原理工大学 严勇敢 讲 师 太原理工大学阳泉学院 基础单位、负责人审查意见（指所室、院系、厂矿基层负责人等） 同意 负责人（签名、盖章）
审查日期： 2008 年 1 月 16 日 10
上报任务书单位、负责人审查意见（有学术委员会者应附其审查意见） 同意 负责人（签字、盖章）
审查日期： 2008 年 1 月 22 日 主管部门审查意见： 同意列入同煤集团重点科技进步开发项目 （公章） 审查日期： 2008 年 1 月 26 日
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