液氮冻结技术在井筒封水抢险中的应用

【摘要】随着经济社会的持续快速发展，液氮冻结技术的应用迎来了前所未有的重大发展机遇，如何采取有效技术措施，强化液氮冻结技术在井筒封水抢险实践中的运用成效，成为业内广泛关注的焦点课题之一。基于此，本文首先介绍了液氮冻结技术的基本应用原理，分析了液氮冻结技术在井筒封水抢险中的应用要点，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面，提出了优化液氮冻结技术应用效果的有效措施，阐述了个人对此的几点浅见，望对液氮冻结技术的运用有所裨益。

【关键词】液氮冻结;井筒封水;抢险;应用

当今社会，竖井施工工作面临着新形势与新要求，使井筒封水抢险的难度系数更高，必须客观审视液氮冻结技术在实际应用中的客观现状问题，找准问题薄弱环节与根源，多措并举，综合施策，切实提高井筒封水抢险最终整体效果。本文就此展开了探讨。

1、液氮冻结加固原理

在水含量一定的土体中预先设置冻结管，通过液氮在冻结管内的膨胀气化作用，吸收土体中的大量热量，降低土体中的热能，使其周边温度迅速降低，直至进入冻结状态，最终形成具有较高强度、较高密封性的冻化土体，此即液氮冻结技术的基本过程。随着周边温度的上升，为巩固冻结效果，可继续往冻结管中补充液氮，保持冻化土体坚固稳定。由于冻结管的布设可以结合现场实际，因此可通过科学合理的布设方法，使所形成的冻化土体具有较高载荷性能，起到良好的密封防水作用，为后续暗挖施工操作提供良好环境条件。冻结效果的好坏，与土体含水量、冷冻管间距、液氮蒸发量大小等因素密切相关。

2、液氮冻结技术在井筒封水抢险中的应用

2.1冻结方案的制定与实施

液氮具有较强的惰性与稳定性，液氮冻结技术的实施过程相对便捷，可获得稳定的土体冻结效果，且对外界环境的影响较小，基本没有污染物排放。在当前工程施工领域，液氮冻结技术已经被广泛应用于抢险堵水、处理突发事故、处理特殊底层等方面，并取得了良好的实践应用效果。在井筒封水抢险过程中，应首先掌握分析工程难点，有针对性地确定液氮冻结施工方法。在冻结参数设置方面，应根据土体性质的不同，设置半径大小合适的冻结土地圆柱半径，并严格控制冻结深度，通常控制在地下50-150m左右。对于液氮槽车供液温度与压力同样应合理设置，充分满足施工需求。在冻结系统方面，将符合井筒实际的观察管作为冻结孔，冻结管可选用一般性能的普通冻结管或无缝不锈钢管，向下预埋到一定深度，并利用液氮槽车进行连续供液，避免供液过程中断，使最终形成的冻结效果更趋稳定。在监测系统方面，主要包括液氮进液温度监测、回气温度监测、液氮供液压力监测、液氮流量监测等内容。通过实施必要的冻结检测，可为调节液氮槽车压力、优化供液速度等提供基础依据与参考。

2.2冻结效果的形成与观测

在液氮冻结实施中，应确保事先预设的冻结管内充满液氮，并根据监测数据，调整优化操作技术参数，使冻结效果的形成更加平稳。对于供液温度而言，在冻结操作初期应采用低温氮气对管道进行预冷，防止温度下降剧烈而导致的冷冻管损毁。在管道预冷完成后，可进行正式冻结操作，降低供液温度，实施稳定供液。由于冻结初期阶段冻结管等管路的温度略高，液氮无法形成彻底气化效果，而随着后续管路温度的降低，氮气回气温度会出现明显波动，而在冻结操作的中后期，则回气温度趋于稳定。为有效掌握冻土的形成情况，应在开挖面处的水文管外壁布设测温点，动态化掌握水文管壁温度变化，形成温度监测曲线，判定冻结效果发展趋势，掌握冻土圆柱发展情况。

3、优化液氮冻结技术应用效果的有效措施

3.1充分结合施工现场实际，制定详细实施方案

为提高液氮冻结技术应用最终效果，必须事先对施工现场环境进行充分考察，全面掌握可能影响液氮冻结技术应用过程的诸多客观要素，根据实际冻结需求，检测土体中含水量的多少，合理布局冻结管，调整优化冷冻管间距，测定环境温度的起伏波动情况，科学掌握液氮蒸发量。在液氮冻结技术实施方案初步拟定后，应采取初试方法进行试验，排除实际操作中的各类潜在影响，使最终形成的冻结效果更加稳定可靠。

3.2密切跟踪监测冻结效果，强化冻结过程控制

液氮冻结技术的运用环节与步骤相对适中，影响干扰要素多种多样，有的是显性要素，有的是隐性要素，若对这些影响要素控制不当，则极易导致冻结效果不佳，影响土层稳定性与坚固性，不利于井筒封水抢险工作的顺利实施。因此，应对冻结过程进行密切跟踪监测，及时观察发现冻结效果，若发现冻结出现偏差，则应第一时间采取有效技术措施，予以优化调整改进，防止局部性的冻结偏差扩散蔓延成为系统性冻结缺陷，强化冻结过程控制的实际应用效果。

3.3提高液氮冻结操作人员综合素养

在液氮冻结技术应用过程中，操作人员始终扮演着不可替代的关键角色，是执行具体操作规程，落实各项冻结要求的直接实施者，其综合素养高低与冻结结果密切相关。对此，在正式实施液氮冻结施工前，必须对操作人员进行专项培训与学习，丰富其专业基础理论知识，强化液氮冻结各项操作技能，牢固树立风险意识、责任意识、质量意识，提高液氮冻结缺陷问题的辨识能力与反馈能力，为始终不断优化液氮冻结效果提供良好保障。

結语：

综上所述，受技术方法、人为操作、客观环境等方面要素的影响，液氮冻结技术在实际应用中依旧存在诸多薄弱环节与不足之处，制约着井筒封水抢险效果的优化提升。因此，技术人员应该从井筒封水抢险的客观实际需求出发，充分遵循液氮冻结技术的基本应用规律，创新应用方式方法，优化技术应用过程控制，充分彰显液氮冻结技术整体应用价值，为优化井筒封水抢险效果奠定坚实基础。

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作者简介：

戚伟，1981年1月28日，男，汉族，安徽省淮南市，中煤特凿有限责任公司路桥分公司 助理工程师，井筒冻结。