冻结法施工在回风井运行期间井壁修复中的应用

李小伟 肖高潮

摘 要：本文针对某城郊矿东风井局部井壁出现突水、溃沙的现象，提出了“井筒突水段注浆—地面冻结—井壁修复”的总技术路线，即井筒突水处抢险注浆后，采用地面冻结法进行井壁修复施工。结果表明：该项施工技术在矿井正常生产的前提下对井壁进行修复，保证了井壁的整体性和抗压能力。

关键词：冻结法;井壁修复;回风井

中图分类号：TD265.3文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）31-0029-04

Application of Freezing Method in Shaft Lining Repair

during Operation of Return Air Shaft

LI Xiaowei XIAO Gaochao

（Henan Guolong Mining Construction Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Aiming at the phenomenon of water inrush and sand burst in the local shaft wall of Dongfeng shaft in a suburban mine， this paper put forward the general technical route of "grouting in the water inrush section - ground freezing - shaft lining repair"， that is， after the emergency grouting at the shaft water inrush place， the ground freezing method was used to repair the shaft wall. The results show that the construction technology can repair the shaft lining under the premise of normal production， and ensure the integrity and compressive capacity of the shaft lining.

Keywords： freezing method;shaft lining repair;return air shaft

1 项目概况

城郊矿东风井井筒净直径5 m，井筒深494 m，受地表含水层下降及井下开采原因，-199.5 m处可压缩层被严重破坏;井筒内壁-199.5 m和-343.5 m段部分井壁被破坏，局部井壁出现突水、溃沙的现象。突水事故发生后，矿方积极应对，迅速组织有关专家对东风井突水的原因以及采取的应急措施进行讨论，并及时成立专家组负责专门研究治水和井筒修复措施。

专家组在充分分析突水原因、突水过程和工业广场地面变形的基础上，提出了“井筒突水段注浆—地面冻结—井壁修复”的总技术路线，即井筒突水处抢险注浆后，采用地面冻结法进行井壁修复施工，分别在-347 m处和-287 m处破壁开槽，安装两道可压缩层[1]。

2 项目施工技术难点

根据业主要求，在冻结壁有效厚度达到设计要求前，需要保证整个风井系统的正常运行，所以在制订冻结方案时，要考虑与常规立井冻结法施工的不同之处，主要有以下几条。

①由于风井不停止运行，井筒内处于一个相对稳定的温度区间，且不停地进行热交换，不利于冻结壁的正常发展。经过实测，东风井井口风洞内平均温度为28.17 ℃，井底平均温度为27.73 ℃，整体温度较高，不利于冻结壁的发展。

②风井正常运行，冻结孔施工时必须有几根冻结管穿过风道与行人通道，需要采取措施解决。

③由于井筒处于运行状态，原来判断冻结交圈的方法如大井法、水文孔观测法等不能使用，需要选择更多的方法来验证冻结壁是否交圈。

④冻结方案设计必须考虑冻胀压力作用于井壁会对井壁再次造成破坏。

⑤施工现场永久建筑多，且已经投用，施工临时设施布置困难[2]。

3 冻结方案设计

本次冻结工程是在已建成的井筒周围施工，主要目的是在表土段井壁周围形成冻结壁，完全阻断表土含水层与井筒的联系，以便在井筒内壁开槽安装各段可压缩装置，这与常规建井中的冻结工程有所不同。

本次冻结的主要目的是防突水、涌沙现象，冻结工期比较短，冻结壁交圈即可。在井筒冻结期间，井筒还在进行正常通风，这对冻结壁的发展会造成一定的影响。科研单位通过计算机进行大量的数值计算模拟井内通风对冻结壁形成的影响，得出了冻结管交圈时间、冻结布置圈外侧主面和界面的冻结壁厚度及平均温度、冻结布置圈内侧主面和界面的冻结壁厚度及平均温度与各影响因素的相互关系，为本次设计提供了主要依据。冻结方案主要参数指标见表1。

4 冻结施工

4.1 冻结造孔

根据冻结方案，冻结孔采用单圈布置方式，布置各类钻孔41个，冻结孔工程量11 840 m;钻孔总工程量14 454 m。选用泥浆的作用为携带岩粉、冷却钻头和保护孔壁。针对地层中砂土层较多的特点，施工用泥浆由优质黏土、纯碱、水解聚丙烯腈按配比组成。

冻结造孔工艺流程：钻孔定位→开孔钻进→注浆堵漏→测斜纠偏→终孔测斜→冻结管下放、试压[3]。

4.2 地面注浆

冻结孔钻进过程中10～100 m消耗泥浆较严重，特别是井筒压缩层层位出现漏浆情况，并造成12号孔在孔深216 m处埋钻，23号孔在孔深200 m处埋钻。根据永煤公司和矿方开会研究討论，结合冻结孔施工情况，决定选用东风井地面注浆站3NBB-260/7型泥浆泵2台，采用地面注浆堵漏施工措施。