【摘 要】該文就凍結(jié)法在陽煤集團(tuán)堡子公司副斜井過續(xù)魯河沖積層施工中的應(yīng)用進(jìn)行具體的闡述，以供同行探討，具有一定借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】凍結(jié)法；副斜井；續(xù)魯河沖積層

0.引言

早在1880年，德國工程師波茨舒就提出了人工凍結(jié)法原理并獲得了專利，并在1883年首次將該技術(shù)應(yīng)用于德國阿爾巴里德煤礦井筒施工（凍結(jié)深度為103m），獲得了成功。至今，人工凍結(jié)法已有近130年的歷史，已是一種理論上和實踐上都比較成熟的特殊施工方法。下面就凍結(jié)法在陽煤集團(tuán)堡子公司副斜井過續(xù)魯河沖積層施工中的應(yīng)用進(jìn)行具體的闡述，以供同行探討。

1.副斜井基本情況簡介

堡子公司副斜井設(shè)計副斜井擔(dān)負(fù)礦井矸石、設(shè)備及材料等輔助提升任務(wù)，同時作為礦井的主要進(jìn)風(fēng)井和安全出口。

開掘過程中依次穿過地表黃土層、第四系含水層、二疊系下盒子組并最終抵達(dá)山西組2#煤，其中地表黃土層為明槽開挖，長度98m，第四系含水層厚度35m，主要由砂、砂礫石，卵石組成，滲透性強，出水量大，采用冷凍法通過。

副斜井遇續(xù)魯河沖積層時，先采用帷幕注漿進(jìn)行施工未達(dá)到預(yù)期效果，之后采用凍結(jié)法施工。在井筒施工期間，由于個別冷凍管布置誤差或在井筒施工中被截斷，導(dǎo)致井筒涌水并逐漸增大為26m3/h，施工困難較大。帷幕注漿法失敗后，經(jīng)過咨詢和走訪兄弟單位遇見類似情況時采用凍結(jié)法施工效果比較理想。故堡子公司、晉南公司、集團(tuán)公司研究后決定采用凍結(jié)法施工。2011年12月根據(jù)勘探現(xiàn)場成果繪制了鉆孔平面圖和基巖面剖面圖，計算出需凍結(jié)長度80m左右，為下一步的凍結(jié)法施工提供了依據(jù)。

2.凍結(jié)法施工工藝

凍結(jié)法施工方案及鉆孔設(shè)計于2012年1月完成，經(jīng)晉南公司對凍結(jié)法施工方案及鉆孔設(shè)計進(jìn)行會審后，報集團(tuán)公司審查批準(zhǔn)，凍結(jié)法施工方案及施工工藝如下：

A：凍結(jié)孔布置：

（1）根據(jù)副斜井現(xiàn)場地質(zhì)勘查情況，井筒凍結(jié)施工長度確定為84m，分兩段施工，第一段凍結(jié)0m到43m為斜孔凍結(jié)方式，第二段43m到84m為地面垂直孔凍結(jié)方式。斜孔布置在巷道圍巖外1.1-1.4m處，采用25度下山斜孔20個進(jìn)行凍結(jié)，孔深為43m。垂直孔深度按設(shè)計井筒底板下3m處為終孔深度，垂直孔布置四排，排距為2.2-2.3，間距為1.2-2m設(shè)計孔數(shù)為90個。

（2）凍結(jié)孔偏斜率表土段≤5‰，凍結(jié)孔向井中偏值≤300mm。

（3）凍結(jié)管選用∮108×4.5mm，20#低碳鋼無縫鋼管。

（4）凍結(jié)管采用焊接連接，斜孔每根長度小于4m，保持0.1MPa壓力2小時不降低為合格。

B：測溫孔布置：

井筒布置4個測溫孔，測溫孔深度為30m，根據(jù)凍結(jié)孔測斜情況，設(shè)置在凍結(jié)孔間距大的位置，凍結(jié)圈徑外0.8m處，測溫管選用∮108×4.5mm，20#低碳鋼無縫鋼管。

C：凍結(jié)站制冷設(shè)計：

冷凍站最大需冷量必須滿足凍結(jié)需要，并裝有一定數(shù)量的備用機組以確保井筒正常凍結(jié)，根據(jù)井筒凍結(jié)實際需求，設(shè)立凍結(jié)站一個。

經(jīng)計算，凍結(jié)站需冷量為23.5kcal/h，選用螺桿鹽水機組，凍結(jié)站配備F1YSLG20F型螺桿鹽水機組2臺，標(biāo)準(zhǔn)制冷量100萬kcal/h。

3.鉆孔施工過程

（1）鉆機施工鉆場2012年2月1日開始開挖，2月下旬鉆場及護(hù)坡于2月下旬施工完成，鉆場開挖土方約1000立方。

（2）凍結(jié)施工隊伍于2012年2月中旬進(jìn)場，鉆場施工完畢后開始安裝鉆機。1號斜孔于2012年2月29日開鉆，于2012年6月10日斜孔下管全部施工完成，斜孔設(shè)計長度為42.33m，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，斜孔長度延長到46m，覆蓋到設(shè)計垂直孔第4排處。共施工鉆孔36個，孔深長度總計1735m，成孔20個，成孔孔深長度總計1094m，鉆孔成孔率為55.56%，孔深使用率為63%。斜孔于6月14日開始凍結(jié)，7月15日凍結(jié)達(dá)到預(yù)期要求，7月18日副斜井開始掘進(jìn)。截止11月20日斜孔冷凍段已經(jīng)施工完畢，開始施工垂直孔凍結(jié)段，2013年3月10日停止斜孔冷凍。

（3）垂直冷凍孔2012年4月26日開始施工，2012年7月12日施工完成，共施工鉆孔89個，全部有效，無廢孔，鉆孔設(shè)計總長度為3125.52m，實際總長度為3283.42m。垂直孔10月8日開始凍結(jié)。11月20日開始施工垂直孔段，2013年4月19日停止垂直孔冷凍。2013年5月2日垂直孔凍結(jié)段全部施工完畢。

4.副斜井壁后注漿施工工藝

副斜井凍結(jié)段掘進(jìn)80m時，井筒涌水量約為26m3/h，由于巷道涌水量太大，施工及其困難，經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)研究決定：采用壁后注漿充填加固止水，副斜井于2013年4月1日開始停掘，注漿隊伍開始進(jìn)場注漿，4月2日開始打孔注漿，于4月29日注漿完成，利用4月份一個月時間對副斜井凍結(jié)段進(jìn)行壁后注漿充填加固止水，每孔深度為1—2m，共施工鉆孔198m，注漿用水泥321噸，RSS粉狀化學(xué)料5.5噸、RSS液體化學(xué)料40.6噸。注漿截止4月底，將副斜井井筒澆筑段壁后全部注漿充填加固，已無涌水現(xiàn)象，由于掌頭范圍9m未進(jìn)行混凝土澆筑，注漿時無法加壓，將水全部控制到兩根2寸管中，集中排水，現(xiàn)井筒中的涌水已控制。

5.副斜井過沖積層掘進(jìn)施工工藝

副斜井凍結(jié)段施工采用人工風(fēng)鎬、手鎬掘進(jìn)，運渣采用人工裝渣到礦車上運輸，由于副斜井井筒施工全部采用人工施工，工人勞動難度較大且施工進(jìn)度還比較緩慢，正常掘進(jìn)時，將一架棚的渣清理完，支完一架棚需兩天才能完成，每支15架棚左右進(jìn)行一次混凝土澆灌，澆灌時需對井筒進(jìn)行起底，起完底后開始對底板進(jìn)行澆筑，底板澆筑完成后開始澆筑幫部和拱部，最后拆模，完成15架棚混凝土澆筑一般為15天，每月副斜井井筒施工進(jìn)度約為10m。

6.副斜井施工期間存在的問題及解決方法

6.1鉆場布置

副斜井一側(cè)1-5號冷凍孔是利用挖掘機挖出井筒后，在表土段停掘處打鉆，由于鉆場為深坑處，鉆機施工冷凍斜孔需根據(jù)設(shè)計孔位搭架施工，鉆機下部為積水和淤泥，鉆孔施工期間需要進(jìn)行排水，因而，導(dǎo)致施工難度加大。凍結(jié)期間，凍結(jié)管接頭破裂需處理時，還需清理淤泥和排水后方可進(jìn)行。在施工副斜井另一側(cè)9-15號孔時采用延長斜孔外端至地面的方法直接在地表穩(wěn)鉆施工，降低了施工難度。

6.2斜孔凍結(jié)的優(yōu)缺點

斜孔凍結(jié)的弊端為：斜孔施工時，成孔率及使用率較低，副斜井的鉆孔成孔率為55.56%，孔深使用率為63%。且鉆孔偏移度較大，也因部分冷凍斜孔偏移設(shè)計位置導(dǎo)致凍結(jié)效果欠佳。

有利方面為：有效控制了沖積層在井筒施工過程中的蠕變流動、垮塌及涌水量，顯著改善了副斜井的施工條件。且井筒施工后，能繼續(xù)對井筒進(jìn)行凍結(jié)，使涌水量的控制得以繼續(xù)維持。

6.3垂直孔凍結(jié)的優(yōu)缺點垂直孔凍結(jié)有利方面為：垂直孔施工時，成孔率及使用率高，副斜井垂直孔施工無廢孔。

垂直孔凍結(jié)弊端為：施工期間中間兩排孔需割斷處理，割斷后將無法進(jìn)行凍結(jié)，割斷孔解凍后，都成為導(dǎo)水孔，導(dǎo)致巷道涌水量加大。

6.4支護(hù)方面

凍結(jié)段支護(hù)為29U棚+鋼筋混凝土澆灌聯(lián)合支護(hù)，掘進(jìn)時，先采用29U棚支護(hù)，再進(jìn)行鋼筋混凝土澆灌，剛開始29U棚支護(hù)時，采用砼背板、破板進(jìn)行構(gòu)頂支護(hù)，每支一架棚進(jìn)行噴砼封閉，由于噴砼不能使背板后面全部充填，凍結(jié)效果不好的局部地點開始涌水。針對這一問題，將29U棚后采用鋼筋網(wǎng)和噴砼支護(hù)，使29U棚后無空隙，大幅度降低了井筒涌水量。

7.結(jié)論

冷凍法施工在井筒中應(yīng)用，安全性比較高，冷凍形成的凍土帷幕效果比較好，尤其適用于河床沖積層或流沙層的加固。堡子煤業(yè)有限公司副斜井采用冷凍法施工，屬集團(tuán)公司首例，在施工過程中雖有不足之處，但總體是成功的，對集團(tuán)公司同類地質(zhì)條件下的斜井施工提供了可資借鑒的有效施工方法。隨著施工技術(shù)和冷凍技術(shù)的不斷發(fā)展，冷凍法在井筒施工方面的應(yīng)用會越來越廣泛。