井筒凍結法施工技術在新景礦副立井的應用

師培俊

（陽煤集團宏夏一建，山西 陽泉 045000）

陽泉新景礦位于陽泉市西部，距離市中心18km，瀕臨石太鐵路和太舊高速公路，年設計生產能力450萬t。礦井為立井開拓方式，在工業場地內布置了主、副井以及風井井筒，其中副井井筒凈直徑Ф9.2m，深度為487.32m。井田內基巖出露較少，大部分為黃土覆蓋，基巖厚度超過420m，主要為含礫砂巖、泥巖、粗礫巖、粗砂巖等。巖層因為其軟巖的性質導致其在有水條件下穩定性差，由于副立井井筒涌水量較大，含水層較多，如何確保副立井井筒正常施工并解決涌水問題是當務之急。

1 凍結方案選取

新景礦副立井井筒的開拓需要穿越數百米的基巖含水層，基于其復雜的水文地質條件可以排除沉井法和帷幕法；另外，基巖含水層主要為孔隙含水層，根據鄰礦施工經驗，注漿法同樣不可行；為了控制施工成本，解決泥漿排污問題，排除使用鉆井施工法。對于各種復雜地質條件下的地層，凍結法均能夠適用。其中，井壁內外水的連通以及承壓水順井壁上下的流通，運用凍結法能夠起到有效的隔絕作用，避免圍巖遭受到涌水的破壞。借鑒鄰礦施工的成功經驗，決定新景礦副立井采用凍結法進行施工。

表1 副立井井筒涌水量統計情況表

2 凍結參數確定

各參數的合理確定直接決定凍結法施工的成功與否。

凍結壁厚度一般取值為4.5m，通常依據施工經驗以及副立井井筒技術特征而定。

凍結深度通常比井筒深度多10m以上，因此確定凍結深度為527m左右。

根據施工經驗，凍結壁鹽水溫度保持在8℃左右，凍結期鹽水溫度保持在-32 ℃～-28℃，維護凍結期鹽水溫度保持在-22℃～-18℃。

表2 凍結孔布置參數表

3 凍結施工控制及效果分析

副立井井筒只有在強化凍結后才滿足開挖條件，需要加強凍結裝機容量，需冷量為290.35×104kcal/h，開凍后凍結力度應不斷加大，鹽水溫度始終保持在-32℃以下，利用大泵循環鹽水，凍結器循環流量控制在15m3/h。在造孔過程中，選取TSJ-2000水井鉆機和DZJ-500/1000凍注鉆機同時施工操作，并且每臺鉆機配備TBW850/50型泥漿泵2臺。在施工過程中，加強對整個凍結系統及凍結壁溫度場各參數進行監測工作，并對數據進行分析，利用測溫孔進而計算出凍結壁厚度以及平均溫度和井幫溫度，所得數據與實測數據進行對比，從而對各固定參數進行合理修正，對深部未施工的下段凍結溫度場做有效預測，對控制即將施工的凍結壁提供有效保障。

凍結管的安裝選用低碳流體無縫鋼管和相同材質的電焊條，焊接前應將管內異物清除干凈，采用內襯管焊接連接，并進行水壓測試，保證密封性能完好。

在副立井施工過程中，凍結管容易受到全基巖爆破的影響而斷裂，從而導致鹽水流失，影響凍結效果，導致凍結壁穩定性受影響，另外，軟巖遇水易軟化，對施工具有較大隱患。因此，在施工過程中，施工單位應與凍結單位相互配合，制定安全措施，放炮前凍結單位暫時關閉凍結器，小炮短掘，緩慢推進，保證全基巖凍結井筒的安全高效施工。

新景礦副立井井筒開機凍結后半個月時鹽水溫度達到-21.8℃，水文孔于42d后開始冒水，48d后開始試挖，至113d掘進至71m時，粗粒砂巖層井幫溫度為-1.7℃～-2.3℃，當井筒掘進至374m時，中礫砂巖層井幫溫度達到-7.2℃～-9.6℃，粗粒砂巖層井幫溫度達到-8.2℃～-9.9℃，掘進至437m時，此時泥巖層井幫溫度已達到-9.1℃～-10.6℃。由于煤層的熱穩定性能受導熱系數影響較大，導熱系數越小，熱穩定性能越好，此時凍結壁發展較慢主要受到原始地溫較高的影響，經過實際測量后，得知煤層原始平均地溫為33℃以上，而井幫溫度為15℃左右，說明運用凍結法強化凍結后，煤層凍結壁完全能夠起到封水效果。

4 結論

新景礦采用全井深基巖凍結法施工，強化凍結過程控制，選取合理的設計參數，配合先進的施工設備，使得副立井井筒420m深厚軟巖工程得以快速施工完成。實踐證明，采用的凍結法施工方案完全可行，為今后類似工程采用此凍結法施工提供了有益幫助。