“千米煤炭深井高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)”是中國建筑材料科學(xué)研究總院承擔(dān)的“十二五”國家科技支撐課題“深厚沖積層凍結(jié)千米深井高性能混凝土研究與應(yīng)用”的重要成果，課題組經(jīng)過三年的攻關(guān)，將高強(qiáng)高性能混凝土和煤礦建井技術(shù)完美結(jié)合，使凍結(jié)法鑿井用混凝土強(qiáng)度提高到了C100，解決了千米深井井壁應(yīng)用C80~C100 高強(qiáng)高性能混凝土設(shè)計(jì)和施工應(yīng)用難題，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)外首次利用 C100 混凝土設(shè)計(jì)和施工煤礦凍結(jié)法鑿井井壁。
成果一：攻克凍結(jié)法鑿井外層井壁技術(shù)難關(guān)
目前，凍結(jié)法鑿井外層井壁會遇到凍結(jié)壁有效厚度較小、易遭受破壞，以及井壁出現(xiàn)拉裂等技術(shù)難題。為此，中國建材總院與煤炭科學(xué)研究總院、北京煤科聯(lián)應(yīng)用技術(shù)研究所和焦作煤業(yè)（集團(tuán)）有限公司等合作，針對 C80~C100 高強(qiáng)高性能混凝土配制、設(shè)計(jì)和施工的成套技術(shù)，改變了深凍結(jié)井井壁結(jié)構(gòu)形式，確保了井筒施工安全，使 C80~C100 外層井壁混凝土澆筑后 1d 內(nèi)的溫度保持在 10℃以上，混凝土強(qiáng)度持續(xù)增長。另外，設(shè)在外層井壁和井幫之間的泡沫塑料板也大大降低了外層井壁和凍結(jié)壁傳熱速度，使外層井壁混凝土溫度降到負(fù)溫的時間延長，有效避免了溫度裂縫的出現(xiàn)。凍結(jié)法鑿井外層井壁的技術(shù)攻關(guān)更適合于復(fù)雜工況下的深井建設(shè)，為超過 800米厚沖積層的礦井建設(shè)及千米深井凍結(jié)鑿井提供了技術(shù)支撐。
成果二：攻克凍結(jié)法鑿井內(nèi)層井壁技術(shù)難關(guān)
針對特厚凍結(jié)井筒內(nèi)壁具有高耐久性、抗裂和防水要求，課題組通過使用聚醚類減縮劑控制高強(qiáng)混凝土的早期收縮和干縮，使得3d 和 28d 的減縮率分別為 30% 和 27%，有效避免了內(nèi)層井壁在凍結(jié)法鑿井過程中出現(xiàn)的收縮和溫差裂縫導(dǎo)致的局部或者永久性破壞問題。
同時，根據(jù)理論分析和現(xiàn)場實(shí)測，課題組研究提出了凍結(jié)壁形成特性綜合分析方法，通過自主開發(fā)的檢測儀器和分析方法，對凍結(jié)壁和內(nèi)層井壁進(jìn)行了施工性能預(yù)測分析，可保證施工安全，并為深凍結(jié)井安全快速施工創(chuàng)造了凍結(jié)溫度場條件。
進(jìn)入 21 世紀(jì)后，凍結(jié)井沖積層厚度不斷增加，井壁混凝土標(biāo)號也逐漸提高。中國建材總院研發(fā)的復(fù)雜工況 C80~C100 高性能混凝土成套技術(shù)完全能滿足千米深井深厚表土層凍結(jié)法鑿井現(xiàn)澆鋼筋混凝土井筒施工的要求，有效解決了現(xiàn)有混凝土不能滿足千米深井深厚沖積層凍結(jié)井壁工程設(shè)計(jì)、施工需要的難題，并在示范工程中廣泛應(yīng)用，目前已在河南焦煤集團(tuán)的趙固一礦西風(fēng)井成功應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)千米深井的安全、優(yōu)質(zhì)、快速、經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了保障。■
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2016年10月刊 案例視點(diǎn))