師培俊

（陽煤集團(tuán)宏夏一建，山西 陽泉 045000）

陽泉新景礦位于陽泉市西部，距離市中心18km，瀕臨石太鐵路和太舊高速公路，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力450萬t。礦井為立井開拓方式，在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)布置了主、副井以及風(fēng)井井筒，其中副井井筒凈直徑Ф9.2m，深度為487.32m。井田內(nèi)基巖出露較少，大部分為黃土覆蓋，基巖厚度超過420m，主要為含礫砂巖、泥巖、粗礫巖、粗砂巖等。巖層因?yàn)槠滠泿r的性質(zhì)導(dǎo)致其在有水條件下穩(wěn)定性差，由于副立井井筒涌水量較大，含水層較多，如何確保副立井井筒正常施工并解決涌水問題是當(dāng)務(wù)之急。

1 凍結(jié)方案選取

新景礦副立井井筒的開拓需要穿越數(shù)百米的基巖含水層，基于其復(fù)雜的水文地質(zhì)條件可以排除沉井法和帷幕法；另外，基巖含水層主要為孔隙含水層，根據(jù)鄰礦施工經(jīng)驗(yàn)，注漿法同樣不可行；為了控制施工成本，解決泥漿排污問題，排除使用鉆井施工法。對(duì)于各種復(fù)雜地質(zhì)條件下的地層，凍結(jié)法均能夠適用。其中，井壁內(nèi)外水的連通以及承壓水順井壁上下的流通，運(yùn)用凍結(jié)法能夠起到有效的隔絕作用，避免圍巖遭受到涌水的破壞。借鑒鄰礦施工的成功經(jīng)驗(yàn)，決定新景礦副立井采用凍結(jié)法進(jìn)行施工。

表1 副立井井筒涌水量統(tǒng)計(jì)情況表

2 凍結(jié)參數(shù)確定

各參數(shù)的合理確定直接決定凍結(jié)法施工的成功與否。

凍結(jié)壁厚度一般取值為4.5m，通常依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)以及副立井井筒技術(shù)特征而定。

凍結(jié)深度通常比井筒深度多10m以上，因此確定凍結(jié)深度為527m左右。

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，凍結(jié)壁鹽水溫度保持在8℃左右，凍結(jié)期鹽水溫度保持在-32 ℃～-28℃，維護(hù)凍結(jié)期鹽水溫度保持在-22℃～-18℃。

表2 凍結(jié)孔布置參數(shù)表

3 凍結(jié)施工控制及效果分析

副立井井筒只有在強(qiáng)化凍結(jié)后才滿足開挖條件，需要加強(qiáng)凍結(jié)裝機(jī)容量，需冷量為290.35×104kcal/h，開凍后凍結(jié)力度應(yīng)不斷加大，鹽水溫度始終保持在-32℃以下，利用大泵循環(huán)鹽水，凍結(jié)器循環(huán)流量控制在15m3/h。在造孔過程中，選取TSJ-2000水井鉆機(jī)和DZJ-500/1000凍注鉆機(jī)同時(shí)施工操作，并且每臺(tái)鉆機(jī)配備TBW850/50型泥漿泵2臺(tái)。在施工過程中，加強(qiáng)對(duì)整個(gè)凍結(jié)系統(tǒng)及凍結(jié)壁溫度場(chǎng)各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用測(cè)溫孔進(jìn)而計(jì)算出凍結(jié)壁厚度以及平均溫度和井幫溫度，所得數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)各固定參數(shù)進(jìn)行合理修正，對(duì)深部未施工的下段凍結(jié)溫度場(chǎng)做有效預(yù)測(cè)，對(duì)控制即將施工的凍結(jié)壁提供有效保障。

凍結(jié)管的安裝選用低碳流體無縫鋼管和相同材質(zhì)的電焊條，焊接前應(yīng)將管內(nèi)異物清除干凈，采用內(nèi)襯管焊接連接，并進(jìn)行水壓測(cè)試，保證密封性能完好。

在副立井施工過程中，凍結(jié)管容易受到全基巖爆破的影響而斷裂，從而導(dǎo)致鹽水流失，影響凍結(jié)效果，導(dǎo)致凍結(jié)壁穩(wěn)定性受影響，另外，軟巖遇水易軟化，對(duì)施工具有較大隱患。因此，在施工過程中，施工單位應(yīng)與凍結(jié)單位相互配合，制定安全措施，放炮前凍結(jié)單位暫時(shí)關(guān)閉凍結(jié)器，小炮短掘，緩慢推進(jìn)，保證全基巖凍結(jié)井筒的安全高效施工。

新景礦副立井井筒開機(jī)凍結(jié)后半個(gè)月時(shí)鹽水溫度達(dá)到-21.8℃，水文孔于42d后開始冒水，48d后開始試挖，至113d掘進(jìn)至71m時(shí)，粗粒砂巖層井幫溫度為-1.7℃～-2.3℃，當(dāng)井筒掘進(jìn)至374m時(shí)，中礫砂巖層井幫溫度達(dá)到-7.2℃～-9.6℃，粗粒砂巖層井幫溫度達(dá)到-8.2℃～-9.9℃，掘進(jìn)至437m時(shí)，此時(shí)泥巖層井幫溫度已達(dá)到-9.1℃～-10.6℃。由于煤層的熱穩(wěn)定性能受導(dǎo)熱系數(shù)影響較大，導(dǎo)熱系數(shù)越小，熱穩(wěn)定性能越好，此時(shí)凍結(jié)壁發(fā)展較慢主要受到原始地溫較高的影響，經(jīng)過實(shí)際測(cè)量后，得知煤層原始平均地溫為33℃以上，而井幫溫度為15℃左右，說明運(yùn)用凍結(jié)法強(qiáng)化凍結(jié)后，煤層凍結(jié)壁完全能夠起到封水效果。

4 結(jié)論

新景礦采用全井深基巖凍結(jié)法施工，強(qiáng)化凍結(jié)過程控制，選取合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，配合先進(jìn)的施工設(shè)備，使得副立井井筒420m深厚軟巖工程得以快速施工完成。實(shí)踐證明，采用的凍結(jié)法施工方案完全可行，為今后類似工程采用此凍結(jié)法施工提供了有益幫助。