【摘要】為保證斜井流水地層中缺口修復(fù)工作的高效、平穩(wěn)進行，推動礦產(chǎn)資源開發(fā)活動的高效進行，延長礦井的服務(wù)年限，減少安全事故的發(fā)生機率。越來越多的礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)，嘗試采取液氮凍結(jié)法，有針對性的進行含流水地層斜井封水作業(yè)。文章以液氮凍結(jié)法作為切入點，系統(tǒng)探討其在含流水地層斜井封水中的應(yīng)用方法，旨在為后續(xù)相關(guān)礦產(chǎn)開發(fā)工作的開展提供參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】含流水地層;斜井封水;液氮凍結(jié)法;應(yīng)用策略

我國地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，部分礦井在開發(fā)過程中，在多種因素的作用下，極易出現(xiàn)含流水地層斜井中凍結(jié)帷幕出現(xiàn)缺口，帷幕缺口如果沒有得到妥善處理，勢必導(dǎo)致整個礦產(chǎn)區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)失衡，在影響礦產(chǎn)資源開發(fā)活動連續(xù)性、穩(wěn)定性的同時，無形之中，增加了安全事故的發(fā)生機率。為實現(xiàn)含流水地層斜井封水帷幕缺口的有效處理，礦產(chǎn)開發(fā)企業(yè)，將液氮凍結(jié)法引入封水處理之中，形成完備的含流水地層斜井封水處理方案，為礦產(chǎn)資源開發(fā)活動的進行奠定了堅實基礎(chǔ)。

1、液氮凍結(jié)法概述

對液氮凍結(jié)法原理的全面梳理，使得工作人員能夠準確把握液氮凍結(jié)法的作用機理以及應(yīng)用要點，增強了相關(guān)工作開展的針對性、指向性，實現(xiàn)了對含流水地層斜井封水的科學(xué)高效處理。

液氮作為一種較為理想的制冷材料，其在常溫常壓狀態(tài)下，液氮的沸點為零下195.8攝氏度，在沸騰蒸發(fā)過程中，會帶走161.2MJ/m3的熱量，這種劇烈的溫度變化，往往表現(xiàn)出較好的冷凍效果[1]。同時液氮具有較強的惰性，性狀較為穩(wěn)定，在實際使用過程中，具有良好的可控性，能夠根據(jù)實際的使用需求，對液氮進行靈活調(diào)控，并且液氮不會對環(huán)境產(chǎn)生危害，是綠色、生態(tài)的修補技術(shù)手段。液氮凍結(jié)法依托于液氮的物理、化學(xué)機理，其在含流水地層斜井封水中的應(yīng)用，在短時間內(nèi)快速吸收熱量，使得區(qū)域內(nèi)土層凍結(jié)，土層中存在的缺口被修復(fù)[2]。

2、液氮凍結(jié)法在含流水地層斜井封水中的應(yīng)用

液氮凍結(jié)法在含流水地層斜井封水中的應(yīng)用涉及多個層面的內(nèi)容，出于應(yīng)用效果的考量，相關(guān)工作人員在運用液氮凍結(jié)法的過程中，需要從凍結(jié)孔布置、液氮凍結(jié)系統(tǒng)等維度出發(fā)，推動液氮凍結(jié)法在含流水地層斜井封水中科學(xué)、高效使用。

2.1制定嚴密的液氮凍結(jié)方案

在含流水地層斜井出現(xiàn)大量地下水涌入的情況下，為實現(xiàn)地下水的快速封堵，實現(xiàn)地質(zhì)帷幕缺口的有效封堵，保證后續(xù)開采作業(yè)的安全、穩(wěn)定開展。工作人員在使用液氮凍結(jié)法過程中，需要在科學(xué)性原則、實用性原則的引導(dǎo)下，結(jié)合含流水地層斜井封水的相關(guān)要求，制定完備的液氮凍結(jié)應(yīng)用方案，實現(xiàn)針對性的缺口修復(fù)[3]。在具體的方案制定環(huán)節(jié)，工作人員需要提前獲取修復(fù)區(qū)域的實際情況，確定液氮凍結(jié)處理的范疇，并根據(jù)確定的范疇進行凍結(jié)孔的布置，在凍結(jié)孔布置工作完成后，使用相關(guān)設(shè)備，將凍結(jié)管放入到凍結(jié)孔之中，選擇具有較好溫度傳導(dǎo)能力的材料作為填土，對凍結(jié)孔進行加固處理，確保土體與凍結(jié)管的緊密接觸，并通過液氮的凍結(jié)能力，實現(xiàn)缺口的快速修復(fù)，達到含流水地層斜井封水快速完成。

2.2凍結(jié)孔與測溫孔的合理設(shè)置

為保證液氮凍結(jié)修復(fù)工作的穩(wěn)步進行，在實際操作環(huán)節(jié)，工作人員需要結(jié)合實際，科學(xué)、合理設(shè)置凍結(jié)孔的位置，確保測溫孔空間分布的合理性。以某煤礦斜井為例，在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)帷幕缺口，導(dǎo)致斜井出現(xiàn)滲水，為快速修復(fù)破損地層，工作人員采取了液氮凍結(jié)修復(fù)。為確保最終的修復(fù)效果，工作人員提前分析了缺口區(qū)域存在的問題，決定在缺口附近設(shè)置若干個凍結(jié)孔以及測溫孔，其具體分布如圖1所示：

圖中F1、A1、A2為斜井帷幕缺口分布位置，為保證整個布孔工作的有序進行，提升帷幕缺口修補的效果及效率，工作人員在測孔布局以及深度方面做出系統(tǒng)化的調(diào)整。在本次處理環(huán)節(jié)，工作人員將凍結(jié)孔的深入控制在31米，凍結(jié)孔與凍結(jié)孔的距離應(yīng)當(dāng)保持在57厘米，以此來保證實際的凍結(jié)效果[4]。

2.3溫度監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化

在使用液氮凍結(jié)法進行斜井修復(fù)的過程中，工作人員需要在科學(xué)性原則、實用性原則的引導(dǎo)下，進行凍結(jié)管的加工，確保凍結(jié)修復(fù)效果。具體操作環(huán)節(jié)，選用一定規(guī)格的無縫鋼管，以保證液氮能夠快速進入到修復(fù)區(qū)域，同時考慮整個液氮凍結(jié)修復(fù)的安全性，在液氮凍結(jié)修復(fù)環(huán)節(jié)，工作人員需要采取必要的加固手段，例如在無縫鋼管底部焊接一定長度的鋼筋，對鋼管進行支撐，保證液氮凍結(jié)的順利開展。為準確把握液氮凍結(jié)的成效，避免修復(fù)效果不佳，工作人員在整個修復(fù)環(huán)節(jié)，需要做好溫度監(jiān)測工作，通過溫度監(jiān)控，靈活調(diào)整液氮凍結(jié)法的操作要點，確保實際的修復(fù)效果。

3、液氮凍結(jié)法修復(fù)效果分析

在液氮凍結(jié)法應(yīng)用過程中，為準確掌握液氮凍結(jié)法在含流水地層斜井封水的應(yīng)用成效，實現(xiàn)應(yīng)用經(jīng)驗的總結(jié)、梳理，工作人員有必要結(jié)合實際，客觀分析液氮凍結(jié)法修復(fù)效果，提升實際的修復(fù)質(zhì)效。

從實際液氮凍結(jié)法在含流水地層斜井封水的應(yīng)用效果來看，其能夠在較短的時間內(nèi)，實現(xiàn)地質(zhì)帷幕缺口的凍結(jié)修復(fù)，避免過多的地下水進入到采礦區(qū)域，影響正常的生產(chǎn)活動，減少安全隱患的發(fā)生機率。同時整個液氮凍結(jié)法的修復(fù)耗時較短，并且成本較低，作業(yè)難度較小，很好地滿足了井下修復(fù)作業(yè)的相關(guān)要求。從獲取的數(shù)據(jù)來看，在進行液氮凍結(jié)的24小時之內(nèi)，斜井22米的深度出現(xiàn)凍結(jié)的情況，33小時后，22米深度的地層溫度下降，出現(xiàn)凍結(jié)的情況，凍結(jié)情況的出現(xiàn)，充分說明液氮凍結(jié)法的修復(fù)效果較為顯著，具有較強的實用性。

結(jié)語：

液氮凍結(jié)法在含流水地層斜井封水中的應(yīng)用，無疑能夠在短時間內(nèi)，快速處理地質(zhì)帷幕缺口，為礦產(chǎn)資源的開發(fā)、應(yīng)用創(chuàng)造出良好的外部環(huán)境。文章在分析液氮凍結(jié)法技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，吸收過往的技術(shù)經(jīng)驗，細化技術(shù)應(yīng)用方法，打造完備的液氮凍結(jié)應(yīng)用體系，切實滿足含流水地層斜井封水處理需求。

參考文獻：

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[2]谷栓成，李志，郅彬.富水厚砂斜井施工階梯降水方法研究[J].煤炭技術(shù)，2019（3）：90-91.

[3]劉琪，孫永梅.礦土地區(qū)潛水非完整井基坑降水計算的實例分析[J].地下水，2019（1）：66-68.

[4]趙朋.一種斜向降水井施工技術(shù)[J].福建建設(shè)科技，2018（3）：91-92.

作者簡介：

計雙雙（1983年7月—）、男、漢族、安徽省淮南市、中煤特殊鑿井有限責(zé)任公司安徽路橋分公司、助理工程師、凍結(jié)法施工。