液氮凍結法在含流水地層斜井封水中的應用

【摘要】為保證斜井流水地層中缺口修復工作的高效、平穩進行，推動礦產資源開發活動的高效進行，延長礦井的服務年限，減少安全事故的發生機率。越來越多的礦產開發企業，嘗試采取液氮凍結法，有針對性的進行含流水地層斜井封水作業。文章以液氮凍結法作為切入點，系統探討其在含流水地層斜井封水中的應用方法，旨在為后續相關礦產開發工作的開展提供參考與借鑒。

【關鍵詞】含流水地層;斜井封水;液氮凍結法;應用策略

我國地質環境較為復雜，部分礦井在開發過程中，在多種因素的作用下，極易出現含流水地層斜井中凍結帷幕出現缺口，帷幕缺口如果沒有得到妥善處理，勢必導致整個礦產區域地質結構失衡，在影響礦產資源開發活動連續性、穩定性的同時，無形之中，增加了安全事故的發生機率。為實現含流水地層斜井封水帷幕缺口的有效處理，礦產開發企業，將液氮凍結法引入封水處理之中，形成完備的含流水地層斜井封水處理方案，為礦產資源開發活動的進行奠定了堅實基礎。

1、液氮凍結法概述

對液氮凍結法原理的全面梳理，使得工作人員能夠準確把握液氮凍結法的作用機理以及應用要點，增強了相關工作開展的針對性、指向性，實現了對含流水地層斜井封水的科學高效處理。

液氮作為一種較為理想的制冷材料，其在常溫常壓狀態下，液氮的沸點為零下195.8攝氏度，在沸騰蒸發過程中，會帶走161.2MJ/m3的熱量，這種劇烈的溫度變化，往往表現出較好的冷凍效果[1]。同時液氮具有較強的惰性，性狀較為穩定，在實際使用過程中，具有良好的可控性，能夠根據實際的使用需求，對液氮進行靈活調控，并且液氮不會對環境產生危害，是綠色、生態的修補技術手段。液氮凍結法依托于液氮的物理、化學機理，其在含流水地層斜井封水中的應用，在短時間內快速吸收熱量，使得區域內土層凍結，土層中存在的缺口被修復[2]。

2、液氮凍結法在含流水地層斜井封水中的應用

液氮凍結法在含流水地層斜井封水中的應用涉及多個層面的內容，出于應用效果的考量，相關工作人員在運用液氮凍結法的過程中，需要從凍結孔布置、液氮凍結系統等維度出發，推動液氮凍結法在含流水地層斜井封水中科學、高效使用。

2.1制定嚴密的液氮凍結方案

在含流水地層斜井出現大量地下水涌入的情況下，為實現地下水的快速封堵，實現地質帷幕缺口的有效封堵，保證后續開采作業的安全、穩定開展。工作人員在使用液氮凍結法過程中，需要在科學性原則、實用性原則的引導下，結合含流水地層斜井封水的相關要求，制定完備的液氮凍結應用方案，實現針對性的缺口修復[3]。在具體的方案制定環節，工作人員需要提前獲取修復區域的實際情況，確定液氮凍結處理的范疇，并根據確定的范疇進行凍結孔的布置，在凍結孔布置工作完成后，使用相關設備，將凍結管放入到凍結孔之中，選擇具有較好溫度傳導能力的材料作為填土，對凍結孔進行加固處理，確保土體與凍結管的緊密接觸，并通過液氮的凍結能力，實現缺口的快速修復，達到含流水地層斜井封水快速完成。

2.2凍結孔與測溫孔的合理設置

為保證液氮凍結修復工作的穩步進行，在實際操作環節，工作人員需要結合實際，科學、合理設置凍結孔的位置，確保測溫孔空間分布的合理性。以某煤礦斜井為例，在生產過程中，出現地質結構帷幕缺口，導致斜井出現滲水，為快速修復破損地層，工作人員采取了液氮凍結修復。為確保最終的修復效果，工作人員提前分析了缺口區域存在的問題，決定在缺口附近設置若干個凍結孔以及測溫孔，其具體分布如圖1所示：

圖中F1、A1、A2為斜井帷幕缺口分布位置，為保證整個布孔工作的有序進行，提升帷幕缺口修補的效果及效率，工作人員在測孔布局以及深度方面做出系統化的調整。在本次處理環節，工作人員將凍結孔的深入控制在31米，凍結孔與凍結孔的距離應當保持在57厘米，以此來保證實際的凍結效果[4]。

2.3溫度監測系統的調整優化

在使用液氮凍結法進行斜井修復的過程中，工作人員需要在科學性原則、實用性原則的引導下，進行凍結管的加工，確保凍結修復效果。具體操作環節，選用一定規格的無縫鋼管，以保證液氮能夠快速進入到修復區域，同時考慮整個液氮凍結修復的安全性，在液氮凍結修復環節，工作人員需要采取必要的加固手段，例如在無縫鋼管底部焊接一定長度的鋼筋，對鋼管進行支撐，保證液氮凍結的順利開展。為準確把握液氮凍結的成效，避免修復效果不佳，工作人員在整個修復環節，需要做好溫度監測工作，通過溫度監控，靈活調整液氮凍結法的操作要點，確保實際的修復效果。

3、液氮凍結法修復效果分析

在液氮凍結法應用過程中，為準確掌握液氮凍結法在含流水地層斜井封水的應用成效，實現應用經驗的總結、梳理，工作人員有必要結合實際，客觀分析液氮凍結法修復效果，提升實際的修復質效。

從實際液氮凍結法在含流水地層斜井封水的應用效果來看，其能夠在較短的時間內，實現地質帷幕缺口的凍結修復，避免過多的地下水進入到采礦區域，影響正常的生產活動，減少安全隱患的發生機率。同時整個液氮凍結法的修復耗時較短，并且成本較低，作業難度較小，很好地滿足了井下修復作業的相關要求。從獲取的數據來看，在進行液氮凍結的24小時之內，斜井22米的深度出現凍結的情況，33小時后，22米深度的地層溫度下降，出現凍結的情況，凍結情況的出現，充分說明液氮凍結法的修復效果較為顯著，具有較強的實用性。

結語：

液氮凍結法在含流水地層斜井封水中的應用，無疑能夠在短時間內，快速處理地質帷幕缺口，為礦產資源的開發、應用創造出良好的外部環境。文章在分析液氮凍結法技術原理的基礎上，吸收過往的技術經驗，細化技術應用方法，打造完備的液氮凍結應用體系，切實滿足含流水地層斜井封水處理需求。

參考文獻：

[1]王龍，孫福亭，郭麗娜.井震結合刻畫深水復合重力流水道砂體[J].石化技術，2019（7）：67-68.

[2]谷栓成，李志，郅彬.富水厚砂斜井施工階梯降水方法研究[J].煤炭技術，2019（3）：90-91.

[3]劉琪，孫永梅.礦土地區潛水非完整井基坑降水計算的實例分析[J].地下水，2019（1）：66-68.

[4]趙朋.一種斜向降水井施工技術[J].福建建設科技，2018（3）：91-92.

作者簡介：

計雙雙（1983年7月—）、男、漢族、安徽省淮南市、中煤特殊鑿井有限責任公司安徽路橋分公司、助理工程師、凍結法施工。