【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，液氮凍結(jié)技術(shù)的應(yīng)用迎來了前所未有的重大發(fā)展機(jī)遇，如何采取有效技術(shù)措施，強(qiáng)化液氮凍結(jié)技術(shù)在井筒封水搶險(xiǎn)實(shí)踐中的運(yùn)用成效，成為業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)課題之一。基于此，本文首先介紹了液氮凍結(jié)技術(shù)的基本應(yīng)用原理，分析了液氮凍結(jié)技術(shù)在井筒封水搶險(xiǎn)中的應(yīng)用要點(diǎn)，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從多個(gè)角度與方面，提出了優(yōu)化液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用效果的有效措施，闡述了個(gè)人對(duì)此的幾點(diǎn)淺見，望對(duì)液氮凍結(jié)技術(shù)的運(yùn)用有所裨益。

【關(guān)鍵詞】液氮凍結(jié);井筒封水;搶險(xiǎn);應(yīng)用

當(dāng)今社會(huì)，豎井施工工作面臨著新形勢(shì)與新要求，使井筒封水搶險(xiǎn)的難度系數(shù)更高，必須客觀審視液氮凍結(jié)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的客觀現(xiàn)狀問題，找準(zhǔn)問題薄弱環(huán)節(jié)與根源，多措并舉，綜合施策，切實(shí)提高井筒封水搶險(xiǎn)最終整體效果。本文就此展開了探討。

1、液氮凍結(jié)加固原理

在水含量一定的土體中預(yù)先設(shè)置凍結(jié)管，通過液氮在凍結(jié)管內(nèi)的膨脹氣化作用，吸收土體中的大量熱量，降低土體中的熱能，使其周邊溫度迅速降低，直至進(jìn)入凍結(jié)狀態(tài)，最終形成具有較高強(qiáng)度、較高密封性的凍化土體，此即液氮凍結(jié)技術(shù)的基本過程。隨著周邊溫度的上升，為鞏固凍結(jié)效果，可繼續(xù)往凍結(jié)管中補(bǔ)充液氮，保持凍化土體堅(jiān)固穩(wěn)定。由于凍結(jié)管的布設(shè)可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，因此可通過科學(xué)合理的布設(shè)方法，使所形成的凍化土體具有較高載荷性能，起到良好的密封防水作用，為后續(xù)暗挖施工操作提供良好環(huán)境條件。凍結(jié)效果的好壞，與土體含水量、冷凍管間距、液氮蒸發(fā)量大小等因素密切相關(guān)。

2、液氮凍結(jié)技術(shù)在井筒封水搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

2.1凍結(jié)方案的制定與實(shí)施

液氮具有較強(qiáng)的惰性與穩(wěn)定性，液氮凍結(jié)技術(shù)的實(shí)施過程相對(duì)便捷，可獲得穩(wěn)定的土體凍結(jié)效果，且對(duì)外界環(huán)境的影響較小，基本沒有污染物排放。在當(dāng)前工程施工領(lǐng)域，液氮凍結(jié)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于搶險(xiǎn)堵水、處理突發(fā)事故、處理特殊底層等方面，并取得了良好的實(shí)踐應(yīng)用效果。在井筒封水搶險(xiǎn)過程中，應(yīng)首先掌握分析工程難點(diǎn)，有針對(duì)性地確定液氮凍結(jié)施工方法。在凍結(jié)參數(shù)設(shè)置方面，應(yīng)根據(jù)土體性質(zhì)的不同，設(shè)置半徑大小合適的凍結(jié)土地圓柱半徑，并嚴(yán)格控制凍結(jié)深度，通?？刂圃诘叵?0-150m左右。對(duì)于液氮槽車供液溫度與壓力同樣應(yīng)合理設(shè)置，充分滿足施工需求。在凍結(jié)系統(tǒng)方面，將符合井筒實(shí)際的觀察管作為凍結(jié)孔，凍結(jié)管可選用一般性能的普通凍結(jié)管或無縫不銹鋼管，向下預(yù)埋到一定深度，并利用液氮槽車進(jìn)行連續(xù)供液，避免供液過程中斷，使最終形成的凍結(jié)效果更趨穩(wěn)定。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面，主要包括液氮進(jìn)液溫度監(jiān)測(cè)、回氣溫度監(jiān)測(cè)、液氮供液壓力監(jiān)測(cè)、液氮流量監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。通過實(shí)施必要的凍結(jié)檢測(cè)，可為調(diào)節(jié)液氮槽車壓力、優(yōu)化供液速度等提供基礎(chǔ)依據(jù)與參考。

2.2凍結(jié)效果的形成與觀測(cè)

在液氮凍結(jié)實(shí)施中，應(yīng)確保事先預(yù)設(shè)的凍結(jié)管內(nèi)充滿液氮，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整優(yōu)化操作技術(shù)參數(shù)，使凍結(jié)效果的形成更加平穩(wěn)。對(duì)于供液溫度而言，在凍結(jié)操作初期應(yīng)采用低溫氮?dú)鈱?duì)管道進(jìn)行預(yù)冷，防止溫度下降劇烈而導(dǎo)致的冷凍管損毀。在管道預(yù)冷完成后，可進(jìn)行正式凍結(jié)操作，降低供液溫度，實(shí)施穩(wěn)定供液。由于凍結(jié)初期階段凍結(jié)管等管路的溫度略高，液氮無法形成徹底氣化效果，而隨著后續(xù)管路溫度的降低，氮?dú)饣貧鉁囟葧?huì)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，而在凍結(jié)操作的中后期，則回氣溫度趨于穩(wěn)定。為有效掌握凍土的形成情況，應(yīng)在開挖面處的水文管外壁布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)，動(dòng)態(tài)化掌握水文管壁溫度變化，形成溫度監(jiān)測(cè)曲線，判定凍結(jié)效果發(fā)展趨勢(shì)，掌握凍土圓柱發(fā)展情況。

3、優(yōu)化液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用效果的有效措施

3.1充分結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，制定詳細(xì)實(shí)施方案

為提高液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用最終效果，必須事先對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行充分考察，全面掌握可能影響液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用過程的諸多客觀要素，根據(jù)實(shí)際凍結(jié)需求，檢測(cè)土體中含水量的多少，合理布局凍結(jié)管，調(diào)整優(yōu)化冷凍管間距，測(cè)定環(huán)境溫度的起伏波動(dòng)情況，科學(xué)掌握液氮蒸發(fā)量。在液氮凍結(jié)技術(shù)實(shí)施方案初步擬定后，應(yīng)采取初試方法進(jìn)行試驗(yàn)，排除實(shí)際操作中的各類潛在影響，使最終形成的凍結(jié)效果更加穩(wěn)定可靠。

3.2密切跟蹤監(jiān)測(cè)凍結(jié)效果，強(qiáng)化凍結(jié)過程控制

液氮凍結(jié)技術(shù)的運(yùn)用環(huán)節(jié)與步驟相對(duì)適中，影響干擾要素多種多樣，有的是顯性要素，有的是隱性要素，若對(duì)這些影響要素控制不當(dāng)，則極易導(dǎo)致凍結(jié)效果不佳，影響土層穩(wěn)定性與堅(jiān)固性，不利于井筒封水搶險(xiǎn)工作的順利實(shí)施。因此，應(yīng)對(duì)凍結(jié)過程進(jìn)行密切跟蹤監(jiān)測(cè)，及時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)凍結(jié)效果，若發(fā)現(xiàn)凍結(jié)出現(xiàn)偏差，則應(yīng)第一時(shí)間采取有效技術(shù)措施，予以優(yōu)化調(diào)整改進(jìn)，防止局部性的凍結(jié)偏差擴(kuò)散蔓延成為系統(tǒng)性凍結(jié)缺陷，強(qiáng)化凍結(jié)過程控制的實(shí)際應(yīng)用效果。

3.3提高液氮凍結(jié)操作人員綜合素養(yǎng)

在液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用過程中，操作人員始終扮演著不可替代的關(guān)鍵角色，是執(zhí)行具體操作規(guī)程，落實(shí)各項(xiàng)凍結(jié)要求的直接實(shí)施者，其綜合素養(yǎng)高低與凍結(jié)結(jié)果密切相關(guān)。對(duì)此，在正式實(shí)施液氮凍結(jié)施工前，必須對(duì)操作人員進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)與學(xué)習(xí)，豐富其專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)，強(qiáng)化液氮凍結(jié)各項(xiàng)操作技能，牢固樹立風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)、責(zé)任意識(shí)、質(zhì)量意識(shí)，提高液氮凍結(jié)缺陷問題的辨識(shí)能力與反饋能力，為始終不斷優(yōu)化液氮凍結(jié)效果提供良好保障。

結(jié)語：

綜上所述，受技術(shù)方法、人為操作、客觀環(huán)境等方面要素的影響，液氮凍結(jié)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中依舊存在諸多薄弱環(huán)節(jié)與不足之處，制約著井筒封水搶險(xiǎn)效果的優(yōu)化提升。因此，技術(shù)人員應(yīng)該從井筒封水搶險(xiǎn)的客觀實(shí)際需求出發(fā)，充分遵循液氮凍結(jié)技術(shù)的基本應(yīng)用規(guī)律，創(chuàng)新應(yīng)用方式方法，優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用過程控制，充分彰顯液氮凍結(jié)技術(shù)整體應(yīng)用價(jià)值，為優(yōu)化井筒封水搶險(xiǎn)效果奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

戚偉，1981年1月28日，男，漢族，安徽省淮南市，中煤特鑿有限責(zé)任公司路橋分公司 助理工程師，井筒凍結(jié)。