井筒冻结法施工技术在新景矿副立井的应用

师培俊

（阳煤集团宏夏一建，山西 阳泉 045000）

阳泉新景矿位于阳泉市西部，距离市中心18km，濒临石太铁路和太旧高速公路，年设计生产能力450万t。矿井为立井开拓方式，在工业场地内布置了主、副井以及风井井筒，其中副井井筒净直径Ф9.2m，深度为487.32m。井田内基岩出露较少，大部分为黄土覆盖，基岩厚度超过420m，主要为含砾砂岩、泥岩、粗砾岩、粗砂岩等。岩层因为其软岩的性质导致其在有水条件下稳定性差，由于副立井井筒涌水量较大，含水层较多，如何确保副立井井筒正常施工并解决涌水问题是当务之急。

1 冻结方案选取

新景矿副立井井筒的开拓需要穿越数百米的基岩含水层，基于其复杂的水文地质条件可以排除沉井法和帷幕法；另外，基岩含水层主要为孔隙含水层，根据邻矿施工经验，注浆法同样不可行；为了控制施工成本，解决泥浆排污问题，排除使用钻井施工法。对于各种复杂地质条件下的地层，冻结法均能够适用。其中，井壁内外水的连通以及承压水顺井壁上下的流通，运用冻结法能够起到有效的隔绝作用，避免围岩遭受到涌水的破坏。借鉴邻矿施工的成功经验，决定新景矿副立井采用冻结法进行施工。

表1 副立井井筒涌水量统计情况表

2 冻结参数确定

各参数的合理确定直接决定冻结法施工的成功与否。

冻结壁厚度一般取值为4.5m，通常依据施工经验以及副立井井筒技术特征而定。

冻结深度通常比井筒深度多10m以上，因此确定冻结深度为527m左右。

根据施工经验，冻结壁盐水温度保持在8℃左右，冻结期盐水温度保持在-32 ℃～-28℃，维护冻结期盐水温度保持在-22℃～-18℃。

表2 冻结孔布置参数表

3 冻结施工控制及效果分析

副立井井筒只有在强化冻结后才满足开挖条件，需要加强冻结装机容量，需冷量为290.35×104kcal/h，开冻后冻结力度应不断加大，盐水温度始终保持在-32℃以下，利用大泵循环盐水，冻结器循环流量控制在15m3/h。在造孔过程中，选取TSJ-2000水井钻机和DZJ-500/1000冻注钻机同时施工操作，并且每台钻机配备TBW850/50型泥浆泵2台。在施工过程中，加强对整个冻结系统及冻结壁温度场各参数进行监测工作，并对数据进行分析，利用测温孔进而计算出冻结壁厚度以及平均温度和井帮温度，所得数据与实测数据进行对比，从而对各固定参数进行合理修正，对深部未施工的下段冻结温度场做有效预测，对控制即将施工的冻结壁提供有效保障。

冻结管的安装选用低碳流体无缝钢管和相同材质的电焊条，焊接前应将管内异物清除干净，采用内衬管焊接连接，并进行水压测试，保证密封性能完好。

在副立井施工过程中，冻结管容易受到全基岩爆破的影响而断裂，从而导致盐水流失，影响冻结效果，导致冻结壁稳定性受影响，另外，软岩遇水易软化，对施工具有较大隐患。因此，在施工过程中，施工单位应与冻结单位相互配合，制定安全措施，放炮前冻结单位暂时关闭冻结器，小炮短掘，缓慢推进，保证全基岩冻结井筒的安全高效施工。

新景矿副立井井筒开机冻结后半个月时盐水温度达到-21.8℃，水文孔于42d后开始冒水，48d后开始试挖，至113d掘进至71m时，粗粒砂岩层井帮温度为-1.7℃～-2.3℃，当井筒掘进至374m时，中砾砂岩层井帮温度达到-7.2℃～-9.6℃，粗粒砂岩层井帮温度达到-8.2℃～-9.9℃，掘进至437m时，此时泥岩层井帮温度已达到-9.1℃～-10.6℃。由于煤层的热稳定性能受导热系数影响较大，导热系数越小，热稳定性能越好，此时冻结壁发展较慢主要受到原始地温较高的影响，经过实际测量后，得知煤层原始平均地温为33℃以上，而井帮温度为15℃左右，说明运用冻结法强化冻结后，煤层冻结壁完全能够起到封水效果。

4 结论

新景矿采用全井深基岩冻结法施工，强化冻结过程控制，选取合理的设计参数，配合先进的施工设备，使得副立井井筒420m深厚软岩工程得以快速施工完成。实践证明，采用的冻结法施工方案完全可行，为今后类似工程采用此冻结法施工提供了有益帮助。