李思浩 舒恩

安徽理工大學(xué) 安徽淮南 232001

在我國黃淮地區(qū)，煤炭儲(chǔ)量豐富，但隨著淺層的煤炭資源被利用開發(fā)，其資源已經(jīng)變得越來越少，為了緩解日益加劇的能源問題，該地區(qū)加緊對(duì)新井的建設(shè)，新建礦井多具有需要開挖很深、水土壓力大、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)。凍結(jié)法鑿井在我國比較常見的還是在深厚不穩(wěn)定含水地層中。但是隨著我國凍結(jié)法鑿井深度增加，對(duì)我國黃淮地區(qū)新井建設(shè)最大的挑戰(zhàn)還是缺乏凍結(jié)法鑿井穿越特厚表土層的理論基礎(chǔ)和技術(shù)儲(chǔ)備。因此在丁集煤礦進(jìn)行凍結(jié)法鑿井信息化施工監(jiān)測(cè)，通過電腦的監(jiān)測(cè)記錄，人為的分析，能夠最快的進(jìn)行施工參數(shù)調(diào)整，確保了井筒能夠安全、高效、快速地建成[1]。

1 礦井概況

丁集礦副井井筒設(shè)計(jì)凈直徑為8.0m，穿過表土層厚525.25m，凍結(jié)深度為565m；風(fēng)井井筒設(shè)計(jì)凈直徑為7.5m，穿過表土層厚為527.7m，凍結(jié)深度為558m。副井井壁為鋼筋混凝土雙層井壁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50-C70，土層性質(zhì)以鈣質(zhì)粘土和粘土為主。風(fēng)井混凝土等級(jí)為C60，土層性質(zhì)也以鈣質(zhì)粘土和粘土為主。

2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

本次監(jiān)測(cè)的一次儀表采用振弦式傳感元件，二次儀表采用振弦式頻率儀。振弦式傳感元件具有的優(yōu)點(diǎn)有：（1）使用和安裝較便捷，結(jié)構(gòu)簡易、可靠；（2）抵抗外界干擾的能力強(qiáng)，能夠在惡劣的條件下被使用；（3）零點(diǎn)穩(wěn)定，可以長時(shí)間用于監(jiān)測(cè)；（4）方便多點(diǎn)遠(yuǎn)距離遙測(cè)，并且利于信息化的處理。

將測(cè)試元件隨著工程施工埋入井壁混凝土中，其中外荷載采用壓力傳感器量測(cè)；鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變采用鋼筋計(jì)量測(cè)；井壁應(yīng)變采用振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)量測(cè)。在每個(gè)監(jiān)測(cè)水平布置了6個(gè)壓力傳感器，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井壁所受的凍結(jié)壓力值[2]。

副井監(jiān)測(cè)水平情況如下：第一水平：傳感器埋深289m，層厚5.2m，土質(zhì)為鈣質(zhì)粘土，環(huán)筋直徑為25mm。第二水平：傳感器埋深347m，層厚21.1m，土質(zhì)為鈣質(zhì)粘土，環(huán)筋直徑為28mm。第三水平：傳感器埋深417.9m，層厚8.3m，土質(zhì)為鈣質(zhì)粘土，環(huán)筋直徑為28mm。第四水平：傳感器埋深438m，層厚10m，土質(zhì)為粘土，環(huán)筋直徑為28mm。第五水平：傳感器埋深501m，層厚2.5m，土質(zhì)為鈣質(zhì)粘土，環(huán)筋直徑為32mm。第六水平：傳感器埋深521m，處于井筒內(nèi)壁，環(huán)筋直徑為32mm。

風(fēng)井監(jiān)測(cè)水平情況如下：第一水平：傳感器埋深358.7m，層厚12m，土質(zhì)為粘土，環(huán)筋直徑為28mm。第二水平：傳感器埋深398.5m，層厚24.6m，土質(zhì)為鈣質(zhì)粘土，環(huán)筋直徑為28mm。

3 實(shí)測(cè)結(jié)果及分析

元件埋設(shè)后，通過壓力傳感器對(duì)各個(gè)水平的壓力測(cè)量，并通過繪制出如下圖時(shí)間與井壁凍結(jié)壓力的關(guān)系曲線。分析出兩者之間的變化規(guī)律。另外也能夠得出凍結(jié)壓力的大小與土層性質(zhì)等因素的關(guān)系。

通過圖2和圖3比較可以看出，井壁凍結(jié)壓力的大小與土層性質(zhì)有一定關(guān)系。圖2副井第二水平（-347米）比圖3的風(fēng)井第一水平（-358.7米）淺，土層層厚相差不大，但是副井第二水平的最大凍結(jié)壓力幾乎是風(fēng)井第一水平最大凍結(jié)壓力的兩倍。由于副井第二水平所處的土層為鈣質(zhì)粘土，而風(fēng)井第一水平所處的土層為粘土，從而說明鈣質(zhì)粘土層的凍結(jié)壓力相較于粘土層要大。

由以上幾張井壁凍結(jié)壓力實(shí)測(cè)曲線圖可以看出，凍結(jié)壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律：在混凝土澆筑的初期，這是由于土體形成凍結(jié)壁時(shí)，地層釋放了之前聚集的原巖應(yīng)力，對(duì)井壁產(chǎn)生了土壓力，這期間是凍結(jié)壓力迅速增長的過程，但隨著井壁的建成，土壓力會(huì)逐漸穩(wěn)定下來最后與井壁形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這是圖中凍結(jié)壓力增長速度減緩，最后趨向于穩(wěn)定的過程。圖2，3中后期由于凍結(jié)壁出現(xiàn)融化現(xiàn)象，凍結(jié)壓力部分轉(zhuǎn)化成了水土壓力，所以有下降的趨勢(shì)[3]。

4 結(jié)語

（1）通過現(xiàn)場(chǎng)井壁壓力的實(shí)測(cè)，得出特厚表土層的凍結(jié)壓力大小主要取決于土層性質(zhì)、層厚、埋深等。其中土層性質(zhì)對(duì)凍結(jié)壓力的影響本文通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及圖文分析更為直觀的表現(xiàn)出來了。通過數(shù)據(jù)之間的對(duì)比，得出深埋鈣質(zhì)粘土由于蠕變的特性，導(dǎo)致凍結(jié)壓力會(huì)很大。如果只通過公式推導(dǎo)缺乏針對(duì)性以及說服力，所以一般采用實(shí)地監(jiān)測(cè)的辦法來加以確定。

（2）凍結(jié)壓力的不均勻性。由于凍結(jié)管偏斜、鹽水流量分配的不均勻性等，造成凍結(jié)壁的溫度、厚度、強(qiáng)度等不均勻性，從而導(dǎo)致凍結(jié)壓力在同一測(cè)試水平不同方向存在較大差異，其最大值與平均值相差特大，對(duì)井壁受力不利。