李彬（冀中能源峰峰集團(tuán)錫盟查干淖爾礦籌建處，河北邯鄲 056200）

查干淖爾礦主立井井筒凍結(jié)設(shè)計(jì)方案比選

李彬
（冀中能源峰峰集團(tuán)錫盟查干淖爾礦籌建處，河北邯鄲 056200）

查干淖爾礦主立井井筒凈直徑φ6.8m，井壁厚度為0.65m+0.70m，井筒深度298m。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，主立井所穿地層有第四系、第三系和白堊系地層，所穿地層大多以軟巖類(lèi)巖石為主，穩(wěn)定性差，承載力小，特別是泥巖、粘土（巖）遇水易軟化、膨脹，井田內(nèi)第四系為松散孔隙含水層，富水性較強(qiáng)，白堊系地層含水量中等，井筒采用普通法施工難度太大。該文以查干淖爾礦主立井為例，提出主立井井筒凍結(jié)法施工方案，為以后內(nèi)蒙白堊紀(jì)膨脹軟巖及大硐室凍結(jié)施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

井筒 膨脹 軟巖 大硐室 施工

1　原已施工井筒破壞情況

查干淖爾一號(hào)井回風(fēng)立井井筒、副立井井筒工程，在施工過(guò)程中，兩個(gè)井筒均出現(xiàn)不同程度的井壁開(kāi)裂、脫皮、露筋現(xiàn)象，副立井外壁73.5m～94.5m段發(fā)生井壁開(kāi)裂，回風(fēng)立井外壁86.6m～134m段發(fā)生井壁開(kāi)裂、脫皮，經(jīng)過(guò)地層對(duì)比，發(fā)生開(kāi)裂部分位于白堊系泥巖巖層中，屬軟巖類(lèi)，膨脹性較大。

2　凍結(jié)方案

2.1結(jié)合地層巖性，凍結(jié)工程方案設(shè)計(jì)思路如下

方案Ⅰ：井筒主+輔孔凍全深和硐主+輔孔異徑局部?jī)鼋Y(jié)方式。

方案Ⅱ：井筒外、內(nèi)插花凍全深+防片幫孔和硐外、內(nèi)插花異徑凍全深凍結(jié)方式。

2.2凍結(jié)技術(shù)參數(shù)的確定

主立井井筒深度298m，凍深308m，預(yù)留10m保護(hù)段，掘砌深度298m，起算標(biāo)高按井口±0.0m，絕對(duì)標(biāo)高+1038m。以白堊系泥巖作為凍結(jié)控制層位，控制層位取298m，凍結(jié)壁平均溫度取-12℃。積極期鹽水溫度-28℃。

2.3凍結(jié)壁厚度計(jì)算

依據(jù)井筒地層條件，控制層位為298m。根據(jù)維亞洛夫--扎列茨基有限長(zhǎng)塑性壁筒E=31/2*（1-φ）*h*P/［σ］和《煤礦凍結(jié)法開(kāi)鑿立井工程技術(shù)規(guī)范》（MT/T1124-2011）有限長(zhǎng)黏塑體按強(qiáng)度條件E=31/2*（1-）*k*h*P/［σs］計(jì)算凍結(jié)壁厚度，計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見(jiàn)凍結(jié)壁計(jì)算參數(shù)表1、2。

根據(jù)以上兩種公式計(jì)算凍結(jié)壁厚度，借鑒類(lèi)似井筒凍結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，控制層298m，凍結(jié)壁厚度取6.0m。

2.4測(cè)溫孔設(shè)計(jì)

表1　凍結(jié)壁計(jì)算參數(shù)表

表2　凍結(jié)壁計(jì)算參數(shù)表

布置4個(gè)測(cè)溫孔，孔深308/270m。測(cè)溫管采用Φ127×5mm無(wú)縫鋼管，外接箍連接方式，接箍Φ140×5mm。測(cè)1布置于地下水流上方主孔外側(cè)主面上，距凍結(jié)孔布孔圈徑1.3m；測(cè)2布置于井筒內(nèi)側(cè)孔最大孔間距處。測(cè)3布置裝載硐室內(nèi)側(cè)孔最大孔間距處。測(cè)4布置于裝載硐室拐角外側(cè)，距凍結(jié)孔布孔圈徑1.3m。

2.5水文孔設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)資料及井筒情況，設(shè)置1個(gè)水文孔，深度65m，分析判斷凍結(jié)壁交圈情況。水文管采用Φ127×5mm無(wú)縫鋼管，外接箍連接方式，接箍Φ140×5mm。

2.6凍結(jié)施工工期安排及鉆孔工程量

施工準(zhǔn)備期15天，不含在總工期內(nèi)，鉆機(jī)臺(tái)月效率暫按2200m計(jì)。

外壁掘砌速度60m/月，套壁速度300m/月（綜合掘砌速度按50m/月，如掘砌速度減少，工期相應(yīng)增加）。即外壁掘砌149天，套壁30天，裝載硐室按預(yù)留情況考慮，維護(hù)凍結(jié)期增加90天。

主要含水層最大孔間距按1.9m計(jì)算，預(yù)計(jì)43天交圈，開(kāi)機(jī)至試挖50天，主立井開(kāi)挖后凍結(jié)179天/269天。

2.7凍結(jié)方案比選

（1）方案Ⅰ：采用井筒主+輔孔凍全深和硐主+輔孔異徑局部?jī)鼋Y(jié)方式。

井筒主孔62個(gè)，深度308m。硐室30個(gè)，深度270m，凍結(jié)孔工程量27196m。

此方案是按190m以下基巖普氏系數(shù)小于1.0，軟巖，需強(qiáng)化凍結(jié)，凍結(jié)控制層298m，凍結(jié)壁厚度6.0m。裝載硐室孔深270m，硐室底板下部只凍結(jié)了10m。凍結(jié)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硐室孔220m以上采用了φ127×5異徑管凍結(jié)，其余采用φ140×5無(wú)縫管凍結(jié)。井筒需冷量376.478萬(wàn)大卡/小時(shí)，需配備8套冷凍機(jī)組。

（2）方案Ⅱ：采用井筒外、內(nèi)插花凍全深+防片幫孔和硐外、內(nèi)插花異徑凍全深凍結(jié)方式。

井筒主孔43個(gè)，深度308m，防孔16個(gè)，深度140m。硐室孔39個(gè)，深度308m，凍結(jié)孔量27496m。

此方案控制層298m，凍結(jié)壁厚度6.0m。防片幫孔距離荒徑1. 3m，深度140m，按外壁掘砌速度60m/月，掘砌120天到該孔時(shí)，內(nèi)孔凍土可發(fā)展到荒徑。如防孔凍土發(fā)展快，及早進(jìn)入荒徑，可及時(shí)調(diào)整或關(guān)閉，即可少挖凍土，也不影響凍結(jié)壁厚度。硐室處布孔加密，比方案Ⅱ硐室孔多9個(gè)，布設(shè)6個(gè)加強(qiáng)孔，是考慮裝載硐室斷面大，上、下頂?shù)装迦績(jī)鼋Y(jié)，確保安全。為節(jié)省冷量，設(shè)計(jì)硐室凍結(jié)孔220m以上采用了φ127×5異徑管凍結(jié)，其余采用φ140×5無(wú)縫管。井筒需冷量378.123萬(wàn)大卡/小時(shí)，配備8套機(jī)組。

方案Ⅱ與方案Ⅰ比較，凍結(jié)孔工程量略大，多300m凍結(jié)孔工程量，但在滿(mǎn)足凍結(jié)壁厚度情況下，即少挖凍土，又加強(qiáng)了裝載硐室凍結(jié)。在費(fèi)用相差不大情況下，方案Ⅱ比較安全。經(jīng)過(guò)兩種凍結(jié)方案比選，建議采用方案Ⅱ，即井筒外、內(nèi)插花凍全深+防片幫孔和硐外、內(nèi)插花異徑凍全深凍結(jié)方式。