人工凍結法施工技術在我國礦井建設中的應用及分析

楊福見

摘 要：凍結法施工技術出現于19世紀的英國，最開始它應用于地下建筑工程用來加固土壤。而凍結法在1882年應用于德國阿爾巴里德煤礦井筒建設。截止20世紀初期在礦山領域人工凍結法已被成功應用60余次。本文主要介紹了人工凍結法施工技術在國內外的施工現狀分析，并結合新汶龍固煤礦副立井凍結法施工過程，對人工凍結法加以詳細分析。

關鍵詞：煤礦井筒；人工凍結法；應用分析

中圖分類號：TD164 文獻標識碼：A

凍結法施工技術在國內外被廣泛應用于地下工程建設，尤其是煤礦井筒建設礦。

凍結法在煤礦上的主要是應用于松軟巖層井筒施工，它利用人工制冷技術，把蘊含在松散巖層中的水凍結，進而凍結松散巖層，增加松散巖層的穩定性和強度，以便在形成的凍結壁的保護作用下對松散巖層進行施工作業的一種特殊地下工程施工技術。

1 凍結法施工技術應用現狀

1.1 在國外應用現狀

國外采用凍結法施工技術應用于煤礦井筒開挖時間比較早，早在1882年該技術就應用到德國阿爾巴里德煤礦井筒建設，并取得圓滿成功。

其中德國、英國、波蘭、加拿大、比利時及前蘇聯等國家應用該技術較多，井筒凍結深度最深可達900米，凍結井筒穿過的沖積層厚度最大接近600米。

比如，1978年前蘇聯雅可夫列夫鐵礦二號罐籠井，井筒凍結深度達620米，穿過的沖積層厚度達571.2米。

1974年德國維爾德煤礦風井凍結深度582米，穿過沖積層厚度567米。

波蘭的魯布林煤礦一號井，凍結深度達到725米，沖積層厚度為162米。

但近幾十年來，由于國外能源結構的調整，人工凍結施工技術進展緩慢，下表（表1）為國外部分凍結法施工礦井礦井工程：

1.2 國內應用現狀

我國于1955年，初次再用人工凍結法施工技術開鑿開軟林西煤礦的風井井筒，井筒直徑達5米，凍結深度105米。

此后人工凍結法在礦井井筒施工中被廣泛使用，逐漸東北、華北、華東、中南等地區，其中中國煤炭特殊鑿井公司在郭屯煤礦井筒建設過程中采用了人工凍結技術，凍結深度和穿過沖積層厚度分別達702米和587米。

這項工程的完成標志著我國人工凍結法開鑿井筒已經達到國際先進水平，特別是近幾十年來，隨著我國經濟、社會發現的需要，人工凍結法鑿井技術發展快速，趕上甚至超過其他國家，而且在原有的基礎上施工設備和技術得到了很大的改進，理論基礎也得到進一步的完善。

據不完全統計，我國在近幾十年來，已有多達500個煤礦采用該項技術開鑿井筒。下表（表2）為我國近年來凍結法開鑿的煤礦井筒：

2 凍結法在煤礦井筒開鑿應用實例

1）工程概況。新巨龍煤礦副立井表土層厚567.7米，自下而上揭露第四系、上第三系、二疊系上下石盒子組、山西組、石炭系太原組等底層。其中第四系地層厚度160.7米，上第三系地層厚度407米，二疊系上石盒子組地層厚107.4米。

2）冷凍方案選擇。新巨龍煤礦副井井型（直徑達7米）表土層厚（厚度達567.7米），且井筒貫通地層具有：深部粘土層含水少，粘土層自由膨脹率高、凍脹量、凍脹力大，具有較強的蠕變性等特點。根據井筒凍結工程施工特點及前人的成功經驗，最終采用雙全圈孔+輔助凍結方案。

3）施工過程。a.凍結管下方措施。考慮到煤礦表土層厚，粘土層存在孔徑收縮等問題，采取以下措施：<1>凍結管在地面預先焊接；<2>改造鉆井機機架，使鉆機高度大于24米；<3>凍結管隨下注水；<4>在保證施工質量的前提下加快焊接速度；<5>組織專業人員對鉆孔進行復核、檢驗。b.鉆孔和下管。施工過程中嚴格按照設計要求和規程規定作業，成孔質量高，復核實驗也全部合格。c.凍結運轉及井筒開挖。防凍結管斷裂措施：<1>加強有效監測，確保掘進到凍結壁內；<2>加強實驗研究，采用小段掘進，減少井幫暴露時間；<3>加強凍結壁、井幫的位移監測；<4>減少凍結管溫度應力。d.井筒凍結情況。新巨龍煤礦凍結站運轉、井筒開挖后，整個鹽水系統運行穩定，即繼續積極凍結期。表土層掘進期間，凍結壁強度、厚度及井幫溫度均達到設計要求。在整個凍結巖土層期間井筒中心凍結扎實，保證了施工的安全。

3結語

本文簡要的敘述了凍結法施工在國內外的施工現狀，并借助新汶龍固煤礦應用實例對凍結法進行了具體的分析。凍結法不僅能應用于煤礦井筒開拓，隨著我國地下工程的發展它應經廣泛的應用于各種地下工程，并取得了良好的技術、經濟效益。

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