全深凍結井筒快速施工技術的應用探析

馬 驥 馬金寶 張學如（陜西正通煤業有限責任公司，陜西 咸陽 713600）

全深凍結井筒快速施工技術的應用探析

馬 驥 馬金寶 張學如
（陜西正通煤業有限責任公司，陜西 咸陽 713600）

摘 要：隨著國家經濟的發展，國家對煤炭的需求也在逐漸增大，雖然目前新能源的開發在一定程度上減少了對煤炭的依賴，但是，就目前而言，暫時還沒有煤炭的可替代能源，并且，煤炭在國家的經濟發展中也占據著重要的地位。而隨著國家煤炭開采技術的發展，凍結法成為井筒通過復雜地層時采用最多的施工技術之一，有效的提高了鑿井過程中的降水效果，但是，我國該項技術起步相對較晚，對于全深凍結井筒的快速施工技術的問題研究相對還較少，還存在眾多的問題，影響著煤礦鑿井的發展，因此，本文將著重論述全深凍結井筒快速施工的技術及其應用，以期對該項工作有所啟示和借鑒。

關鍵詞：全深凍結井筒；快速施工；應用解析

在我國煤炭資源開發初期，由于我們的工藝技術不成熟，加之對深厚富水基巖地層的認識不足，大多數采用普通的鑿井方法，在遇到水時，就采用注漿或降水等措施，強行的通過含水層，造成開采次數率低，堵水的效果不好，并且引起排水的困難，使得注漿或降水等措施屢屢失敗，例如嗒然﹑高勒的等煤礦在注漿堵水失敗后，采用凍結法鑿井，大大的延誤了工期，降低了開采效率，同時還造成重大的經濟損失。

圖1 我國凍結法鑿井施工規模增長狀況

目前，我國采用凍結法鑿井的深度已達將近900m，取的了輝煌的成就。例如高家堡礦井，采用立井開拓方式，施工全深凍結法進行，其主﹑副﹑風井的凍結深度分別為788m﹑850m﹑860m，也是目前我國最深的軟巖凍結井之一。而高家堡礦井井筒穿越的巖層的地質條件復雜，對井筒凍結﹑壁厚﹑掘砌之間的配合的研究，直接關系到快速施工的效果，還影響到礦井建設的成本。因此我們有必要進一步深入的研究全深凍結井筒快速施工的工藝技術，以為實踐中提供理論指導。

一﹑我國全深凍結井筒快速施工技術的發展概述

全深凍結井筒快速施工技術在我國發展起步較晚，自1955年從波蘭引進該技術以來，大致經歷引進推廣階段﹑探索改進﹑完善提高階段﹑深層凍結法鑿井研究和應用探索階段等幾個發展階段，目前我國的全深凍結井筒施工深度可以穿過600m深厚沖積層，使得凍結深度達到一個新的增長點，并且在將近600m沖擊成凍結壁和井壁設計﹑凍結工藝等方面取得了一些系列的成果，使得我國的該項技術以位列前茅。但是其系統性的規范工作還有待開展。目前，凍結法鑿井技術在我國各大礦井上廣泛的應用，并且已經成為煤礦井筒穿過沖積層﹑軟弱地層等含水層時的主要施工方法，并且隨著鑿井施工規模的增長，凍結的深度也越來越深，從施工規模上來看，從我國引入凍結法以來，采用該技術建立建成的立井井筒968個，井筒的累計長度達到22.7萬m，井筒的最大資金達10.5m，施工規模是世界上最大的。從凍結的深度來看，西部地區可達到850m，東部地區達800m，而部分礦井如甘肅的核桃峪礦副立井凈直徑為9m，凍結深度為950m，超越英國的930m世界凍結記錄。近年來，我國凍結法鑿井技術發展迅速，在煤礦的發展中發揮了重要的作用。隨著新技術﹑新設備的應用，使得我國凍結法鑿井工藝發展到世界的領先的水平。

二﹑全深凍結井筒快速施工案例分析

1 工程概況

高家堡煤礦礦井，副井井筒設計凈直徑Ф8.5m，凍結深度850m，井筒深度841.5m。鋼筋混凝土雙層復合井壁支護。根據鉆孔地質資料顯示該井筒所經歷的地質特征依次為：侏羅系下統富縣組（J1f）﹑中統延安組（J2y）﹑直羅組（J2z）﹑安定組（J2a），白堊系下統宜君組（K1y）﹑洛河組（K1l）﹑華池組（K1h）及第四﹑三系地層（Q+N）。并且屬高沼氣礦井，經檢驗，地下水化學類型為：第四﹑三系含水層水質為HCO3-Na型，礦化度846.53mg/L；洛河組含水層水質為SO4·HCO3-Na型，礦化度1179.64mg/L；延安組含水層水質為SO4·Cl-Na型，礦化度3178.13mg/L。

2 施工方案

外壁采用短斷掘砌混合作業方式，井筒內部全部凍實或進入基巖段，采用鉆爆法施工，外壁砌筑采用液壓伸縮整體移動式金屬模板，高度為3.8m，采用一掘一砌的方式進行。內壁采用1m高的組合式金屬模板，自上而下連續砌筑施工方式。表土段支護方式為鋼筋砼砌碹﹑單層井壁，基巖段支護方式為鋼筋砼砌碹﹑雙層井壁。外壁支護厚度為550mm，砼強度為C30﹑C40，內壁支護厚度為550mm，砼強度根據實際情況來選擇。

三﹑全深凍結井筒快速施工技術應用的解析

根據上述的案例，我們在對井筒進行施工中，其主要工藝流程是掘進（機械挖掘或鑿巖爆破）——出矸（抓巖機）——臨時支護（圍巖破碎時）——永久支護——清底。其不同的施工階段具有需要有不同的技術支撐。

1 鎖口及井頸段施工

井筒施工時采用臨時鎖口，當井筒掘夠鎖口設計的要求深度后，采用素砼進行自下而上砌筑作為井筒的臨時鎖口。每掘進1m或2m后，對井筒進行澆筑砼，同時，為了防止緊閉脫落，應當保證壁厚的密實，并綁扎鋼筋進行上下節井壁之間的連接。在鎖口施工完畢后，設置臨時的封口盤，然后對剩余部分的井頸斷進行施工，可采用短段高掘進施工的方法，在施工過程中，若碰到巖層不穩定，可以根據實際情況采用臨時錨噴網支護，以保證施工的安全。此外，井頸段井壁采用現鋼筋澆砼支護。對井筒每段采用1m高組合式金屬模板自上而下進行連續掘砌。

2 掘進施工

爆破和鉆眼是掘進施工的主要內容。在采用鉆爆法施工中，炸藥可選用乳化炸藥，以防止凍結，并且該種炸藥還可以提高炮孔利用率，爆破巖石塊適中等效果，從而保證井筒成形取得光爆效果和減小對凍結管的震動。在實際的施工需要根據掘進中所碰到巖石的硬度來進行調整，以達到最優的爆破效果。需要注意的是，在施工前，需要根據凍結管的布置圖來及時調整周邊鉆眼的位置，保證周邊炮孔的洞距不小于1.2m，同時還要控制炸藥的量，在引爆前注意關閉凍結器閥門，停止鹽水循環，引爆后，注意檢查井幫有無漏水現象，確認無誤后，才能恢復鹽水循環。

3 外壁砌壁施工

外壁采用鋼筋砼支護結構，厚度為550mm，根據不同的段高，砼的強度等級不同，分為C30﹑C40兩種。模板分為直模和刃腳兩部分，刃腳上按鋼筋設計位置留出搭接插孔，豎筋采用機械連接，環筋采用綁扎的防止，采用溜灰管輸送混凝土進行施工。井筒的壁座在外壁施工時完成，并采用錨網噴進行臨時支護，在進行內壁套筑時一并砌筑。

4 內壁的施工

在外壁施工完成后，對內壁進行施工，內壁套筑施工采用1m高組合模板，通常，可以采用平行作業的方式進行施工。模板組立完成操作平找正并固定牢固后，即可進行澆筑砼施工，在澆筑砼的過程中，要均勻對稱下灰，在澆筑一定高度后，將鋼筋接長，并綁扎環筋，然后繼續立模板，直至套壁施工結束。

5 組立與拆卸外壁施工模板

一是外壁施工模板的拆卸。通過將風動液壓泵站從井上送到井底，在保證接頭干凈的前提下，給油缸對上油管，接上風帶，開啟風動液壓站和高壓閥門，從而使油缸工作帶動活塞內收，這樣可使外壁施工模板順利脫開。二是拆卸模板后，聯系井上穩車房，下方模板到設定的位置，調整高壓閥門至減壓位置，這樣使模板恢復到設計的標準尺寸，在模板找正穩固牢靠后，用矸石填實，同時為了防止跑漿，可撒一層砂，最后支護好手腳支架，這樣模板組立完成。

6 澆筑砼支護的施工

在模板組立好并經檢查符合設計的標準要求后，可進行分層對稱砼澆筑，并隨著澆筑來進行振搗工作。在澆筑砼的施工中需要注意的是，在澆筑前應把清理干凈接茬處，并保持澆筑砼垂直入模，保證下料的均勻程度，并且振搗工作要分層﹑分區進行，保證砼的飽滿密實。

結語

總之，該施工從2011年開工到2012年井筒順利竣工，在施工期間實現了安全生產，并且運行良好，為高家堡礦井順利奠定了基礎。并且通過高家堡礦井凍結施工技術的成功運用，可以為其他礦井提供寶貴的經驗。

參考文獻

[1]江軍，呂紅娟，靳亞麗.采用全深凍結的立井井筒安全快速施工實踐[J].能源技術與管理，2014，39（01）：130-131.

[2]李忠森，付祥坤，車發明.立井大斷面全深凍結快速施工技術研究與應用[J].能源技術與管理，2013，38（05）：135-137.

[3]邱新財，韓寶剛.全深凍結井筒快速施工技術研究與應用[J].河南科技，2014 （16）：34.

[4]張秋季.深凍結井筒的快速施工技術[J].河北煤炭，2005（05）：44-45.

中圖分類號：TD262

文獻標識碼：A