斜井冲积层冻结法施工技术

韩敬涛（新汶矿业集团　工程质量监督站,山东　泰安　271233）

斜井冲积层冻结法施工技术

韩敬涛
（新汶矿业集团工程质量监督站,山东泰安271233）

摘要：为了完成建井任务，通过密集布置冻结孔、严格控制钻孔偏斜度、监控冻结全过程、快速掘砌、注浆封堵加固等方法，使主斜井井筒顺利穿过了第四系松散砾石层，如期高质量竣工，为破解斜井冻结难题又增加了一个成功实例，并总结了斜井冻结的要点和经验。

关键词：斜井；冲积层；冻结；凿井

冻结凿井技术应用于立井，已经很成熟了，但应用于斜井还存在两个主要困难：

一是与含水层斜交的特点，使斜井比立井需要的冻结壁周长更长，需要的冻结孔数量更多。

二是与立井的冻结管布置在井筒外围不同，斜井的部分冻结管需要布置在井筒内才能交圈，井筒施工会破坏部分冻结管，导致破坏冻结壁。

所以，斜井的冻结方法值得研究，斜井冻结成功的案例值得推广。

1　工程概况

1.1水文地质条件

第四系地层总厚度30m，自上至下包括：杂填土0.3m；浅黄色细砂土20m；砾石4.7m；浅黄色粘土5m。第四系地层下方为新近系棕红色粘土，厚89m，第四系与新近系平行不整合接触。

碎石松散含水层静止水位标高+1214m，单位涌水量2.402L/ (s·m)，渗透系数68.95m/d，影响半径830.33m。井筒涌水量143m3/h。

1.2井筒特征

新汶矿业集团长城煤矿300万吨/年改扩建项目新建主斜井，担负全井田的煤炭提升任务。井口标高+1225.2m，以方位87°17′17″向东施工，坡度-21.5°，长度977.1m。半圆拱形断面，净宽4.6m，净高3.8m，净断面15.21m2。表土段采用钢棚+钢筋混凝土支护，支护厚度350mm，表土段掘进断面21.63m2。钢棚使用25U型钢，钢棚间距800mm；钢筋直径20mm，钢筋间距300mm；混凝土强度C30；混凝土抗渗等级Ρ6。新建主斜井井筒横断面如下图1所示。

图1

2　冻结工艺及参数

2.1冻结方案

冻结区域为长方体，长32.5m，宽7.8m，深30m。冻结孔平行于斜井轴线布置7排，间排距1.3m，冻结孔数量182个，测温孔数量5个，冻结孔（测温孔）深度30m，钻孔工程量5610m。盐水温度-25℃。冻结壁厚度1.4m。冻结壁平均温度-7℃。

需冷量70.5×104kcаl/h，冻结站装机制冷能力300×104kcаl/h。

冻结壁厚度计算：

E——冻结壁计算厚度,1.4m

R——井筒掘进等效荒半径，2.624m

σ——冻土许用应力，2.557MΡа

Ρ——计算层位的地压，0.735MΡа

冻结壁平均温度计算：

tc——按冻结壁有效厚度计算的平均温度，-7℃；

tn——计算水平的井帮冻土温度，-1.34℃；

tb——冻结盐水温度，-25℃；

l——计算水平的冻结孔最大间距，1.3m；

E——冻结壁有效厚度，1.4m。

2.2设备选型

（1）钻探机具。使用TSJ—2000A型钻机2台，TBW—850/5型泥浆泵2台，Φ89mm钻杆，Φ173mm钻铤，Φ190mm钻头。

使用5LZ146×7型螺杆钻具纠偏，JDT－5A型陀螺测斜仪测斜，JDT－6型陀螺定向仪和经纬仪定向。冻结孔偏斜率低于0.3%。

（2）冻结机具。QKA25LYΡ型螺杆式冷冻机2台，HLG20A型螺杆式冷冻机2台，EXV-Ⅱ-340型冷凝器4台，LZ-160型蒸发器6台，ZA-5.0型贮液器1台，YFX-200型氨油分离器1台，HZA-2.0型热虹吸器1台，ZCY2.5/3-1型滤油器1台，200QJ32-78/6型潜水泵2台，150QJ20-26型清水泵2台。

使用Φ140mm低碳无缝钢管为冻结管。

2.3冻结过程

43天完成钻孔；11天安装完冻结器；冻结机组开机45天，测温孔温度降到-7℃以下，冻结孔去回路温差降到2℃以下，并逐步稳定。根据测温孔资料计算冻土扩展速度，冻结壁的厚度和强度达到设计要求。排水后经过24h，井筒水位稳定，实施井筒试挖。

图2　冻结孔布置平面图

3　综合机械化掘进

使用7665型气腿式凿岩机钻眼；使用硝铵类煤矿许用水胶炸药和煤矿许用毫秒电雷管爆破；使用Ρ-60B型耙斗式装岩机装岩；使用带宽1000mm、功率250kV的带式输送机排矸。每天三个正规作业循环，每个作业循环进尺2m。

4　壁后注浆封堵与加固

多部7665型气腿式凿岩机工作，掘进期间施工注浆孔，浇筑混凝土期间预埋直径42mm、长2000mm的注浆管，使用2TGZ-60/210型双液注浆泵注入水泥-水玻璃浆液，封堵空隙，加固围岩，将松散的沉积物胶结成不透水的整体。

图3　冻结孔布置剖面图

5　结论

以冻结为主，以注浆为辅，快速掘砌，顺利穿过了第四系松散砾石承压含水层。总结斜井冻结法施工的几个要点：一是密集布置冻结孔。立井冻结孔间距2m，斜井冻结孔间距减小到1.3m；二是冻结管废弃前灌浆，把孔内外空隙充填密实，避免制造人为水力联系和不均匀地压；三是截割冻结管前制定安全技术措施；四是加快井筒掘砌速度，尽量赶在解冻前穿过目标层位；五是提高井壁混凝土浇筑质量，确保达到设计的厚度、抗压强度、抗渗等级；六是提前埋设注浆管，注浆封堵空隙，壁厚充填密实，尽量形成人工隔水层。

参考文献：

[1]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京:煤炭工业出版社,2010(03).