楊明紅

(北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013)

1 概述

凍結(jié)鑿井法施工是借助于人工制冷暫時加固不穩(wěn)定地層和隔絕地下水的一種特殊施工方法。首先在擬開鑿井筒的周圍打一定數(shù)量的鉆孔，孔內(nèi)裝有帶底錐的凍結(jié)器，以便輸送低溫鹽水進行熱交換，吸收管子周圍地產(chǎn)的熱量，使之降溫以至凍結(jié)。隨著凍結(jié)工程的延續(xù)，各鉆孔周圍的凍結(jié)圓柱不斷擴大而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結(jié)圓柱，而后在凍結(jié)壁的保護下進行井筒的掘砌工作。

2 傳統(tǒng)冷媒劑的選取

凍結(jié)鑿井法施工作為所有冷量的傳媒劑起著流動傳導低溫并吸收地層溫度的作用。現(xiàn)在工程施工中多是選取一定濃度的氯化鈣(俗稱鹽)作為冷媒劑。煤礦凍結(jié)工程需鹽量大，尤其是深厚粘土層凍結(jié)工程。凍結(jié)企業(yè)一般采購的是含有2個結(jié)晶水的氯化鈣晶體(CaCl2·2H2O)。采用固體氯化鈣的優(yōu)缺點:

優(yōu)點:1)運輸方便，所需車次較少;2)貯存方便，可集中堆放;3)溶液濃度操作方便，現(xiàn)場配比簡單;4)可隨時補充。

缺點:1)造價高，相對于液體;2)化鹽速度慢，持續(xù)工期長，所有固體鹽均需人工配合機械溶解成一定濃度的液體;3)人工勞務量需求巨大;4)反復溶解氯化鈣造成溫度回升，降溫梯度不易控制;5)容易造成凍結(jié)管堵塞等事故，處理起來繁瑣。

目前所知的礦井凍結(jié)鑿井法施工都是采取固體氯化鈣的施工方法。張集煤礦副井則首先嘗試了將設計濃度的氯化鈣溶液直接填充的施工工藝，在國內(nèi)凍結(jié)行業(yè)尚屬首次。

3 張集副井凍結(jié)工程冷媒劑使用情況

單縣豐源實業(yè)有限公司張集礦井井田位于單縣煤田東部，行政區(qū)劃屬張集鎮(zhèn)管轄，張集礦井井田的開拓方式為立井+暗斜井開拓。中央并列式通風。初期開鑿主井、副井兩個井筒，副井筒凈直徑6.5 m，礦井設計生產(chǎn)能力為1.20 Mt/年，服務年限為51.2年。詳細副井凍結(jié)參數(shù)見表1。

表1 副井凍結(jié)設計技術(shù)參數(shù)匯總表

1)經(jīng)濟比較:張集副井設計使用二水氯化鈣(CaCl2·2H2O)750 t，市場到貨價1 200元/t，總購置金額90萬元。由于工期緊張，為了保證工期，經(jīng)過仔細討論、科學分析決定采用一定比例的液體氯化鈣溶液。張集副井實際采購氯化鈣溶液1 294 t，1 007 m3比重為1.285，折合二水氯化鈣553.8 t。氯化鈣溶液單價為458元/t，折合成二水氯化鈣為 1 070元/t，即每噸便宜130元，節(jié)約71 994元。

2)技術(shù)比較:對于固體氯化鈣使用方法極為普遍，技術(shù)成熟。工作流程見圖1。

直接使用設計濃度的氯化鈣溶液的方法沒有經(jīng)驗可以借鑒，在使用前需要反復的討論驗證、使用過程中密切觀察、部分孔置換后總結(jié)經(jīng)驗。張集煤礦副井凍結(jié)工程鹽水置換工作進行的非常順利，制定了專項措施。具體操作步驟如下:

a.將凍結(jié)器、鹽水干管、集配液圈內(nèi)的清水放凈;

b.配液圈與集液圈連接，關閉所有凍結(jié)器進出閥門;

c.開啟集液圈放空閥，向鹽水箱、鹽水干管及集配液圈充填鹽水;

d.充滿后，關閉放空閥，斷開集配液圈回路連接;

e.關閉配液圈進口閥門，開動鹽水泵，慢慢開啟配液圈進口閥門;

f.逐個凍結(jié)孔鹽水置換，利用正循環(huán)置換出清水，先打開測流量閥門及進液閥門，清水開始被置換出，待有鹽水時(判斷依據(jù)為看顏色、看濃度)，開啟回液閥，關閉測流量閥門;

g.氯化鈣溶液供應不及時時，即鹽水量構(gòu)不成回路循環(huán)，應停止置換清水。但必須是鹽水回路一直循環(huán)避免結(jié)晶。等待鹽水補充。

3)施工結(jié)束后發(fā)現(xiàn)液體氯化鈣有以下幾個優(yōu)點:

a.設計濃度的氯化鈣溶液使用方便、加鹽速度快、節(jié)省時間;

b.設計濃度的氯化鈣溶液大量節(jié)約勞動力，只需2個～4個人即可;

c.由于氯化鈣溶液廠家在工藝上節(jié)省了提純變固的一道工序，所以造價比固體氯化鈣要便宜;

d.符合國家節(jié)能環(huán)保要求，沒有廢棄包裝，且溶液在生產(chǎn)過程中也節(jié)能減排，節(jié)省一道工序;

e.配制好的溶液不會出現(xiàn)大面積或大體積結(jié)晶現(xiàn)象，不會造成凍結(jié)管堵塞等質(zhì)量事故。

綜合以上固體與設計濃度的氯化鈣溶液的使用對比，氯化鈣溶液在工程使用中的優(yōu)點更為突出。最科學的方法是氯化鈣溶液+固體相結(jié)合的方式，即用大量的液體氯化鈣填充置換一定的濃度后，開機運行，隨著溫度的降低再補充少部分固體氯化鈣。這樣的方式就結(jié)合了固體與液體氯化鈣的優(yōu)點，既節(jié)約成本、降低能耗，又達到了施工的目的。

4 結(jié)語

成熟的施工工藝下，我們?nèi)匀灰粩嗟呐ν诰蜃詈线m的新材料、新工藝，使其更方便更經(jīng)濟。選擇合理的氯化鈣的形態(tài)能夠有效的節(jié)約成本、縮短工期;采用設計濃度的氯化鈣溶液結(jié)合部分固體氯化鈣作為冷媒劑是一種比較科學、安全、經(jīng)濟、高效的施工方法。

［1］ 王菊花，萬長忠，澹臺妹嫻.制冷系統(tǒng)中冷媒的選用［J］.氯堿工業(yè)，2008，44(9):40-45.

［2］ 李方政.人工地層凍結(jié)的環(huán)境效應及其工程對策［J］.公路交通科技，2004(3):67.

［3］ 王宗金，曹化春.我國凍結(jié)法施工技術(shù)及其發(fā)展［J］.山西建筑，2006，32(18):52-53.

［4］ 井巷工程施工手冊編寫組.井巷工程施工手冊［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1980.