主立井冻结施工工艺技术要点探究

李由良

摘 要：本文主要从巴愣煤矿采用冻结法施工的角度出发，阐述了巴愣煤矿主立井冻结施工工艺，并从不同角度进行详细分析，最后论述了巴愣煤矿冻结法施工主要技术要求，并从两个方向进行讨论，通过对巴愣煤矿冻结法施工工艺技术要点分析研究，给大家在冻结法凿井施工提供经验。

关键词：巴愣煤矿;施工工艺;技术要点

1 巴愣煤矿概况分析

巴愣煤矿属于国有大型现代化矿井，位于内蒙鄂尔多斯上海庙矿区，地处内蒙古自治区与宁夏回族自治区的接壤地带，矿井设计建设规模为8.00Mt/a，服务年限80.8a。巴愣井田位于内蒙古自治区与宁夏回族自治区的接壤地带，井田大致呈北部略宽的梭状，南北最长约14km，东西宽约1.5m～8km，面积74.9km2。井田位于鄂尔多斯高原西侧，毛乌素沙漠西南边缘，属北温带干草原与内蒙古荒漠草原的过度地带，是鄂尔多斯寒流、风沙南下的必经之地，地形呈低缓丘陵地貌，地势开阔，起伏不大，总体呈东南高西北低的地形特征。主立井井筒净径为8.20m，井筒深度850m，表土厚度205m，冻结深度860m，冻结深度起算标高+1350m。

2 巴愣煤矿施工工艺探究

2.1 巴愣煤矿施工工艺准备分析

施工筹备人员进驻现场后，在计划准备期内完成组织准备、物资准备、技术准备。按照施工平面布置完成冻结施工的钻场基础、泥浆泵房、测斜室、供、排浆系统施工、冻结施工的冻结站、配电室等生产大临工程和生活临建工程，以及供水、供电等，为冻结工程施工创造条件，满足施工要求。

2.2 巴愣煤矿钻孔施工工艺分析

第一，巴愣煤矿钻孔施工主要采用TSJ-2600/600和TSJ-2000E型钻机施工，配备TBW-1200/7B和TBW-850/50

型泥浆泵。钻孔测斜采用JDT-5型陀螺仪，实现不提钻测斜。采用JDT-3K型陀螺仪定向，随钻可提式导向器和5LZ146-7.0型螺杆钻纠斜。第二，以井筒中心位置量出场地范围平整场地，分层铺设夯实三七灰土，三七灰土上部浇注混凝土，并预留钻孔位置和砌筑泥浆循环沟槽。第三，以井筒中心为基准，测定孔位。钻孔孔位采用钉桩法设立明显标志。第四，按设备的安装要求进行钻机安装，并配套好泥浆设施。接通水、电、安装夜间照明，检查钻具，做好各项准备工作。第五，采用Φ89mm钻杆，Φ159mm加重杆，Φ171.4mm、Φ190.5mm牙轮钻头组成的加重钻具，回转式钻进泥浆护壁的方法，分班连续作业方式。第六，泥浆配制，砂土层施工时，为防止砂土层垮塌，开孔前配一定量的土粉浆。粘土层施工时，由于粘土层造浆严重井壁较稳定，为防止粘钻要提高泥浆的润滑性，降低失水量。基岩风化带施工时，由于风化带较容易垮塌，漏失量较大，要提高泥浆粘度和比重，降低失水量，加强井壁保护。基岩地层施工时，地层较稳定，如有掉块现象，和防止粘钻、岩粉沉淀卡鉆，要保证泥浆携岩正常，岩粉能及时沉淀，固相含量低，失水量小，润滑性好。

2.3 巴愣煤矿制冷施工工艺分析

2.3.1 冻结站安装

冻结站安装包括氨系统、盐水系统及冷却水系统安装，要求根据冻结站的总体设计，按照先设备后管路的安装程序和施工图的技术要求，将三大循环系统分别进行安装，并按《煤矿井巷工程质量验收规范》要求试压、检查验收。冻结站设备、压力容器及阀门在安装前必须进行清洗和压力试验，安全阀、液面指示器、放空气阀安装前必须做灵敏度试验，氨、盐水系统管路采用20#低碳无缝钢管（GBT/8163-2008），盐水箱安设液面自动报警装置。冻结站管路试压合格后，对氨低温管路和站内盐水管路进行保温包扎。

2.3.2 冻结沟槽施工及冻结器安装

冻结钻孔竣工后，进行冻结沟槽施工和冻结器安装，冻结器安装完毕要对沟槽进行清理，做到沟槽内清洁、操作方便。沟槽内要安装盐水流量检测和冻结器流量控制装置，以便按时检测和调整各冻结器的盐水流量。冻结器头部要安装回路温度检测探头以便检测冻结器运行是否正常，并安装放空装置。盐水系统试压合格后要按设计要求对盐水管路进行保温包扎。

2.3.3 化盐水施工工艺

按照设计的比重配制盐水，配制盐水时，要防止异物混入，以免使冻结器堵塞影响井筒的正常冻结施工。第四，正常运转、设备检修和检测监控，冻结期间，要按设计的开机台数控制各项运转参数，并对水文孔水位、参考井水位、测温孔温度的检测，井筒掘进期间的井帮温度、冻结壁位移的观测等要进行严格的检测监控，为井筒的掘进施工提供可靠的依据。

2.4 巴愣煤矿冻结施工工艺分析

第一，冻结钻孔施工顺序，首先是施工准备，包括钻场基础施工、临建施工，其次是钻机安装及定位、调制泥浆、正常钻进、测斜、纠斜、测深，最后是下管、环形空间充填、试压、钻孔验收。第二，制冷冻结施工顺序，首先是施工准备和基础施工，其次是设备就位及管路和地沟槽安装、试压保温包扎、配制盐水，以及清水、盐水系统试运行、充氨、试运转、冻结正常运转，最后是监测、监控、试挖、正式掘砌、维护冻结、停机、冻结验收。

3 巴愣煤矿施工主要技术要求

3.1 钻孔施工主要技术要求

第一，孔位施工时标定孔间距允许误差±2mm;开孔孔位允许偏差：径向向外0～20mm，切向±20mm。孔径应大于所下置冻结管管径10～20mm。各类孔必须确保设计下管深度，下管深度不应小于设计深度。第二， 钻机安装必须保证天轮中心、转盘中心、孔位中心三点一线，并垫实钻机底盘，保证钻机稳固。泥浆制备选取优质粘土，并经试验确定其各项指标。正常钻进时，泥浆性能为：比重1.10～1.40，含砂量不超过4%，失水量不超过25mL，胶体率不小于97%。施工中加强对泥浆性能的监测，经常测定泥浆指标，根据冲积层和基岩的地层特点调整泥浆指标以保证钻孔护壁效果。第三，钻进时，立轴平稳旋转不能晃动，按钻孔深度及地层情况合理选择钻进参数、钻速、钻压及冲洗量。钻进中严格控制钻机转速，以防止钻孔偏斜。在钻进中，每隔30～50m测斜一次，发现偏值超过设计值时，应进行纠偏，如超过规定，及时纠偏。第四，下管前应提供下管通知单，内容包括孔号、孔深、测斜取点位置、偏率、偏值、偏向等，经监理方组织建设方、打钻、冻结施工单位等验收人员验收认可后方可下管。第五，冻结管耐压试验：冻结管下置完成后，必须按“规范”要求进行水压动压试漏。水文管连接处必须严实，不渗漏并保证同心度。水文孔按照设计要求下好水文管后，及时用钻杆压入清水冲洗水文管，直至管外返清水，以保证水文观测孔的施工质量。测温孔下管时不得灌水，并严格按冻结孔施工标准进行施工，测温孔要求不渗不漏。

3.2 制冷施工主要技术要求

根据平面布置图测量放线，按基础图规格、尺寸要求施工。冻结站安装形式为双级压缩系统。安装前对所有的设备、阀门检修完好，各种管路清理干净，所用的机具准备齐全，做好设备就位、找平、找正工作。冻结盐水系统安装中，特别注意供液管安装质量，按设计的配重连接下放供液管，羊角及连接短节鱼鳞管要按工程科下达的规格加工和插入连接方式的要求，确保牢固、防止脱落。试压、保温：制冷三大循环系统安装完毕后，严格按《煤矿井巷工程质量验收规范》（GB50213-2010）要求进行压力试验和真空试漏。试压合格后对冷冻机低压管路和盐水系统管路、盐水箱、中冷器等低温管道、设备、阀门等隔热保温包扎，确保隔热性能。井筒开挖通过测温孔、水文孔数据计算，分析冻结壁发展状况，综合分析确认冻结壁已满足开挖条件后，才能开挖。开挖过程中，继续加强井帮温度等各项检测工作。严格控制段高和井帮暴露时间。根据冻土发展状况和冻结壁温度，在冻结壁厚度达到设计要求，满足井筒安全掘砌施工时，适时减少开机台数和供冷量，转入维护冻结。

4 结束语

巴愣煤矿作为一座新型的大型现代化矿井，在施工过程中也积累了一些经验，在实际施工过程中高度重视冻结工程的施工，积极应用现代化施工技术，做好施工前准备工作，有效完成了前期工作，在今后的施工过程肯定会遇到各种技术问题，一定做好后期的检查工作，严格依照施工工艺技术要求来施工，从而为巴愣煤矿建设施工提供质量保障，为我国的施工技术总结经验，为其他类似矿井的建设提供有利技术。

参考文献：

[1]许晋斌.巴愣煤矿立井井壁结构力学特性研究与实践[J].矿业装备，2014（4）：98-99.

[2]马靖.浅述巴愣井田水文地质特征、涌水量计算及存在问题[J].西部探矿工程，2015，27（6）：156-159.