塔什店煤礦風井凍結法施工中井壁保護技術

李海營 李 寧

(1.冀中能源邢礦集團新疆煤礦工作處，新疆 庫爾勒 841000； 2.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013)

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塔什店煤礦風井凍結法施工中井壁保護技術

李海營1李 寧2

(1.冀中能源邢礦集團新疆煤礦工作處，新疆 庫爾勒 841000； 2.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013)

介紹了塔什店風井凍結施工主要的凍結參數，論述了風井溫控系統的設計方法，并從大圈徑布置凍結孔、異徑凍結、溫控孔保障等方面，提出了已成型井壁的保護措施，達到了凍結法施工中已成井壁完好無損的效果。

煤礦風井，凍結法，井壁，溫控系統

1 工程簡介

塔什店礦區一號礦采用立井開拓，布置三個井筒：主立井、副立井及中央回風立井。主、副、風井前期均采用普通法施工，副井施工至345.8 m時(剛進入第三系桃樹園組)，井底開始涌水，涌水量為430 m3/h。鑒于副井涌水情況，主井和風井分別掘進到345.3 m和336.7 m時停止掘進，井底進行密封處理，并且全部采用凍結法施工。風井上部已成井筒參數見圖1。這種由普通法轉凍結法施工的井筒存在上部已成井壁保護的問題，若保護措施不到位，會導致上部已成井壁因凍脹發生破壞，塔什店風井也存在同樣的問題，為此對該凍結工程中上部已成井壁保護進行了深入研究，制定了詳細方案，并在工程中應用實施，取得了較好效果。

2 主要凍結參數

1)凍結方式：凍結孔采用異徑凍結器齊腿全深凍結。2)布孔方式：33個凍結孔均布在13.8 m的圈徑上，孔間距為1.312 m。3)凍結管：凍結孔333 m以上采用φ133×5 mm的優質20號低碳鋼無縫鋼管，333 m以下采用φ159×6 mm的優質20號低碳鋼無縫鋼管。4)凍結鉆孔偏斜控制采用組合控制：偏斜率、靶域半徑。偏斜率控制范圍為：≤2.5‰；靶域半徑1.0 m；以確保孔間距不得大于2.7 m。5)設計凍結壁平均溫度控制層設計凍結壁平均溫度低于-8 ℃。6)根據扎維公式及選取控制地層深度，確定風井井筒的凍結壁設計厚度為3.4 m。

3 溫控系統設計

為保護井筒上部已成型井壁，在井筒周邊布置一圈溫控孔，溫控孔布置圈徑9.6 m，距離井壁1.2 m。在凍結鋒面發展至溫控孔時，循環熱鹽水，以保證井壁周圍土層溫度在0 ℃以上。

風井采用一進一回溫控孔循環系統，循環采用正循環方式。鹽水比重取1.13，循環水溫度：10 ℃～12 ℃，鹽水流量：單孔10 m3/h，流量120 m3/h。根據數值分析，溫控孔熱交換系數最大150 kcal/(m2·h)，裝配一臺0.5 t熱水鍋爐。

風井溫控孔循環系統設計見表1。

4 井壁保護措施

表1 溫控孔循環系統設計參數

1)大圈徑布置凍結孔：凍結孔采用大圈徑凍結孔布置形式，布置圈徑13.8 m，距離下部掘砌荒徑2.8 m，距離上部砌筑好的井壁3.3 m～3.6 m。大圈徑凍結孔布置形式，可以保證凍結一定天數內井壁外側地層溫度仍為正溫，減小因凍結引起的土體凍脹的影響，減少凍結壓力對上部井壁的作用。

2)異徑凍結：上部已成型井壁設計凍結管管徑為133 mm無縫鋼管，下部需凍結層位設計為159 mm無縫鋼管。采用異徑凍結設計可以達到減少上部凍結器的散熱面積，減小上部已成型井壁地層凍結壁發展速度，確保下部凍結壁達到設計強度時，上部凍結壁向內發展較少，以減小凍結壁向內發展而產生的凍脹力。

3)溫控孔保障：主凍結孔距離已成型井壁3.3 m，在凍結施工過程中要求主凍結孔靶域+偏斜率控制，且要求內偏不允許超過300 mm，確保主孔與已成型井壁之間的距離。為了保護已成型井壁，在井筒周邊布置一圈溫控孔，通過將凍結孔傳導的冷量重新帶回地面加熱的循環方式，保證已成型井壁外側的地層溫度維持在0 ℃以上。

4)數值分析：目前采用ANSYS數值模擬軟件進行分析凍結壁溫度場已經比較成熟，可先進行數值模擬凍結壁溫度場，如模擬得到的溫度場與實測溫度場一致，則可加入熱流密度至溫度控制孔，以模擬溫度控制孔加熱后形成的溫度場。將模擬得到的溫度場與應力場進行耦合，計算出作用到已成型井壁上的凍脹力。

5 保護效果

在采用上述綜合井壁保護方案后，整個凍結鑿井過程中上部已成井壁均為正溫，沒有發生變形掉塊等現象，鑿井過程中溫控孔溫度在7.5 ℃以上，見圖2，下部凍結段掘進效果良好，達到設計要求。

6 結語

1)塔什店風井井筒凈直徑5.5 m，凍結深度為505 m，在第三系桃樹園組含有巨厚流沙層，凍結工程實施順利。

2)在事故礦井的二次凍結過程中，在采取相關技術措施后，水文孔也能報道地層凍結交圈情況。

3)采用擴大凍結孔的布置圈徑，以及在凍結孔與已成型的井壁之間內側布設溫控孔的技術手段，可以有效的保護了已成井壁的完好。

[1] 李 寧.已成型井壁保護技術在核桃峪副井中的應用[J].煤炭技術,2015(258)：92-93.

[2] 李 寧.核桃峪副井凍結工程難點及解決對策[J].煤炭技術,2015(259)：50-51.

The wall protection technology in the construction of freezing Tashidian coal mine

Li Haiying1Li Ning2

(1.XinjiangCoalMineSection,JizhongEnergyXingkuangGroup,Kuerle841000,China; 2.BeijingChinaCoalMineEngineeringCo.,Ltd,Beijing100013,China)

This paper introduced the main freezing parameters of Tashidian coal mine shaft freezing construction, discussed the design method of wind shaft temperature control system, and from the big circle diameter arrangement of freezing hole, reducing freezing, temperature hole protection and other aspects, put forward the protection measures of formed borehole wall, reached the good condition of borehole wall in freezing method construction.

coal mine shaft, freezing method, borehole wall, temperature control system

1009-6825(2016)05-0108-02

2015-12-09

李海營(1973- )，男，工程師

TU753.8

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