“千米煤炭深井高強高性能混凝土技術(shù)”是中國建筑材料科學研究總院承擔的“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用”的重要成果，課題組經(jīng)過三年的攻關(guān)，將高強高性能混凝土和煤礦建井技術(shù)完美結(jié)合，使凍結(jié)法鑿井用混凝土強度提高到了C100，解決了千米深井井壁應用C80~C100 高強高性能混凝土設計和施工應用難題，實現(xiàn)了國內(nèi)外首次利用 C100 混凝土設計和施工煤礦凍結(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研究總院、北京煤科聯(lián)應用技術(shù)研究所和焦作煤業(yè)（集團）有限公司等合作，針對 C80~C100 高強高性能混凝土配制、設計和施工的成套技術(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，混凝土強度持續(xù)增長。另外，設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)更適合于復雜工況下的深井建設，為超過 800米厚沖積層的礦井建設及千米深井凍結(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)層井壁進行了施工性能預測分析，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。
進入 21 世紀后，凍結(jié)井沖積層厚度不斷增加，井壁混凝土標號也逐漸提高。中國建材總院研發(fā)的復雜工況 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)井壁工程設計、施工需要的難題，并在示范工程中廣泛應用，目前已在河南焦煤集團的趙固一礦西風井成功應用，為實現(xiàn)千米深井的安全、優(yōu)質(zhì)、快速、經(jīng)濟建設提供了保障。■
《科學新聞》 (科學新聞2016年10月刊 案例視點)