赵石畔煤矿井筒含水层腐蚀性分析与防腐蚀设计_欧阳广钱.pdf
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1、2023 年 2 月Feb.,2023doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.005赵石畔煤矿井筒含水层腐蚀性分析与防腐蚀设计欧阳广钱,高利利,马王军,杨兴虎,周光鑫(陕西能源赵石畔煤电有限公司,陕西 榆林 719199)摘要 陕北榆横矿区地层含水层中硫酸盐含量普遍较高,严重威胁着井壁混凝土的长期稳定性。以赵石畔煤矿为例,分析建井穿越地层的含水层化学成分和矿化度,评价含水层对井壁钢筋混凝土的腐蚀性,对井壁混凝土防腐蚀进行设计。结果发现:井筒穿过 6 个含水层中有 4 个矿化度超过 8 000 mg/L,水化学类型以 SO4-Na Mg 为主;深部含水层对井壁混
2、凝土为强腐蚀性,对钢筋为中等腐蚀性;C60、C70 高性能井壁混凝土的复合防腐剂掺量为 15%18%。关键词 井筒含水层;矿化度;腐蚀性;混凝土;钢筋中图分类号TG174文献标识码A文章编号1672-9943(2023)01-0015-030引言由于我国矿井的结构多数为斜井或立井,因此难以避免地下水的侵蚀,其中主要腐蚀性离子为Cl-、SO42-、HCO3-等1。而我国陕北榆衡地区地层中SO42-丰富,硫酸根离子从井壁混凝土的孔隙中进入其内部,与水泥水化产物发生反应生成膨胀性产物,使混凝土内部应力增大,局部微裂隙累积表现为表面开裂,大大降低了井壁混凝土的使用年限。在我国硫酸盐浓度偏高的地域,井壁
3、受硫酸盐腐蚀的问题日益突出2。针对榆横矿区赵石畔煤矿井筒穿过的 6 个含水层的水化学类型和矿化度,对井筒含水层水质进行腐蚀性评价至关重要。这也是进行井壁高性能混凝土防腐蚀设计的基础。1井筒地层结构井筒地层依次为第四系、白垩系下统洛河组、侏罗系中统安定组、直罗组、延安组等。(1)第四系。第四系在全井场区分布。人工填土:岩性以亚沙土为主,由人工搬运形成,对井场区起到填平补齐作用,厚度为 0.007.69 m;主立井和中央回风立井处较薄,厚度为 0.000.60 m;副立井处较厚,厚度为 7.69 m。全新统风积沙:井场区均有分布,厚度为 3.3417.04 m;颜色偏浅灰黄。上更新统萨拉乌素组:仅
4、在中央回风立井处呈小范围零星分布,厚度为 6.96 m;为粉沙夹淤泥薄层,具水平层理。中更新统离石组:颜色偏灰黄和浅棕黄,状态为半固结,内部节理发育,厚度为 32.4255.53 m。(2)白垩系下统洛河组。该组在井筒区分布较多,岩性为砂岩,相对比较单一。矿物成分主要为石英和长石,岩层中层理发育,呈现弱胶结状。岩石整体破碎,内部结构疏松,岩层的表面风化比较严重。该层厚度为 117.78130.63 m,岩与层之间接触不完整,呈现不规则状。(3)侏罗系中统安定组。该组在全井田分布,在井筒区的厚度为 120.90132.34 m。该组下部岩性主要为长石砂岩,内部节理发育,节理多呈水平方向;上部分布
5、着部分泥岩并夹杂着部分长石砂岩,夹杂分布相对较均匀。(4)侏罗系中统直罗组。该组在全井田分布,在井筒区的厚度为 96.35123.93 m。该组岩性主要为粉砂岩和泥岩,呈河流沉积相。该组底部分布着块状、层状结构,局部分布着细砾和泥砾,呈现泥质胶结状,内部交叉层理分布较多,有明显的冲蚀特点,整体分布较稳定。(5)侏罗系中统延安组。该组含有煤层,整个矿区的该层厚度为 100.45279.46 m,平均为 158.59 m。岩性主要为砂岩、泥岩和煤,整体属于河流相-湖相沉积环境,岩层结构特征较复杂。根据岩层和煤层的分布及结构特征等可以对该层进一步细分。2井筒水文地质条件地层依次为第四系、白垩系下统洛
6、河组、侏罗系中统安定组、直罗组、延安组等。井筒穿过地层的含水层大致可以划分为 6 个含水岩组(层)。2.1第四系松散岩类孔隙(裂隙)潜水(1)第四系松散沙层孔隙潜水。沙层零星分布于井筒区及其两侧斜坡和涧地区,井检孔揭露厚度基金项目:山东省自然科学基金(ZR202102180811)能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.1152023 年 2 月Feb.,2023欧阳广钱,等赵石畔煤矿井筒含水层腐蚀性分析与防腐蚀设计为 3.3424.00 m,由粉沙、细砂夹亚砂土组成;其上为人工填土(以亚砂土为
7、主),该层在原生状态下不含水,由于人为施工改变了原有地形地貌特征。因此,该层雨季可能含水。(2)第四系中更新统离石组裂隙孔隙潜水。岩性主要为粉土质黄土,岩层孔隙和垂直节理发育,井检孔揭露厚度为 32.4255.53 m;副立井处该组底部有 12.33 m的细、粉沙夹亚粘土层,含孔隙潜水。据 J2 号孔抽水试验,水位埋深为 52.54 m,降深为 3.627.33 m,涌水量为 0.483 30.793 8 L/s,单位涌水量为 0.108 30.133 5 L/(s m),水化学类型为HCO3-Na Mg 型,矿化度为 466 mg/L。由于该层位于洛河组砂岩顶部,直接与洛河砂岩含水层接触,因
8、而与洛河组砂岩含水层有一定的水力联系。2.2白垩系下统洛河组砂岩裂隙孔隙承压水区内均有分布,岩性为砂岩,交错节理发育,整体裂隙较多,存储水的条件好,微承压。其表层风化强烈,岩体较破碎,据井筒检查孔观察,风化岩厚度为 47.7256.43 m。J3 号孔对洛河砂岩风化的抽水试验:静止水位埋深为 51.53 m,当降深为 7.3921.83 m时,涌水量为 2.172 15.877 2 L/s,单位涌水量为 0.269 20.293 9 L/(s m),渗透系数为 0.473 40.574 3 m/d。J1 号孔对洛河砂岩全组的抽水试验:静止水位埋深为 52.25 m,降深为 7.2621.93
9、m,涌水量为 2.395 86.696 3 L/s,单位涌水量为 0.305 30.330 0 L/(s m),渗透系数为 0.224 90.257 8 m/d。根据 J3 号孔和 J1 号孔检测结果表明:水化学类型分别为 HCO3-Na Ca Mg 型和 HCO3-Na Mg 型,矿化度均在 350400 mg/L。该区域含水层联系较多,比较复杂,富水性由上至下逐渐变差,风化带富水性最好。2.3侏罗系中统安定组碎屑岩类裂隙承压水岩性以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主,与各粒级砂岩不等厚相间分布。含水层由各粒级砂岩构成,降深为19.2456.92m,涌水量为0.24030.7547L/s,渗透系数为
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