超深厚冲积层冻结井筒施工技术关键点分析

闫海

山西冀能青龙煤业有限公司，中国·山西 太原 030000

1 引言

论文针对超深厚冲积层冻结井筒施工技术进行分析，以中国山西冀能青龙煤业有限公司实际工程为例，通过对现阶段的开挖时机、安全掘砌高度和施工技术进行研究，旨在攻克冲积层冻结井筒支护施工的技术难题，对矿业开采工程的顺利进行具有重要意义。

2 工程概况

山西冀能青龙煤业有限公司主井井筒冲积层厚度为500m 左右，属于超深厚冲积层，且新近系黏土层含量大，单层厚度较厚。根据井筒检查孔资料，该矿井冲积层深厚，煤层与冲积层下部含水层距离近，煤层与冲积层下部含水层会有水力联系。矿井建成后，冲积层含水层水与采空区导通将导致冲积层沉降，进而导致对井壁产生竖向附加力，对井壁产生一定的危害。因此，为避免矿井作业中产生安全问题，可以采用冲积层冻结井筒施工技术，以此来强化井筒周围地质结构稳定性。

3 冻结井筒掘进技术

3.1 明确开挖时间

在进行冻结井筒掘进技术时，要明确开挖时间合理与否，对冻结井筒的施工安全具有深远影响。如果开挖时机选择过早，则无法处理浅部地层出现的质量问题，同时深部地层冻结区域也无法满足冻结井桶的工艺要求，这样便会影响到井筒整体稳定性，甚至会出现井筒内部温度变化较大的情况，这样会加大整体掘进难度，使施工速度大幅度降低。如果开挖时间过晚，则无法保证冻结井筒掘进的内部温度，会影响到后期的挖掘循环时间，无法保证施工资源的损耗情况[1]。

3.2 测算井筒内部温度

对井筒内部的温度进行实时掌控，根据现场测温曲线进行推算，这样可以结合现阶段井桶内部的冻结壁温度，对其变化幅度进行准确计算，以此掌握冻结壁内的平均温度。在井筒施工中，根据温度资料以及分析预测结果，可以将外圈孔、中圈孔、内圈孔，以及井筒内部等的温度情况进行汇总分析，并且对平均温度进行计算，保证其始终大于设计值，这样可以满足安全施工要求[2]。

3.3 安全掘砌段高

对安全掘砌的段高情况进行确定，根据中国近年来深厚冲击层冻结井筒的冻结壁变形要求，将冻结壁内表面允许变形值控制到50mm 以内，以此作为冻结壁控制变形的唯一条件。制定相关的施工技术工艺，在施工过程中还要明确控制冻结壁的变形情况以及内部位移情况，防止冻结壁变形过大，对结构稳定性造成影响。同时还要避免冻结管断裂，无法维持下部冷冻情况，这样也会影响到施工安全质量与整体进度。因此，要根据冻结壁的厚度情况以及冻结管的使用情况，确定矿井主井冲积层安全掘砌段高与暴露时间[3]。

4 冲积层冻结井筒施工技术关键点

4.1 混凝土配置技术

在确定冻结井筒掘进技术之后，还要保证各项冲积层冻结井筒施工技术的关键点，由于井壁面临较大的环境压力，需要对厚度与混凝土强度进行严格管控。可以选择C45～C70之间的高强高性能混凝土，并将其应用到深厚冲积层冻结井筒施工中，以此加强井筒内部的结构稳定性，由于高强度钢筋，具有抗弯、抗拉、阻裂等性能优势，因此可以选择此类施工材料来完成冲积层冻结井筒的施工。在选择石子时，应该以供应地与施工地点较近的场地为主，配置时将石灰岩碎石筛分成5～10mm 的级配，以及粒径为10mm 的石子两种规模。在进行混凝土配合比设计时，主要以C60 与C70 两种混凝土强度等级为主，并且对水泥标号、塌落度、碎石最大粒径、每立方米配合比的数量进行设计，具体如表1所示。

表1 混凝土配合比情况（质量/kg）

4.2 井筒各段混凝土使用情况

4.2.1 锁口段

主井锁口段长度为7m，凿井阶段采用砖砌临时锁口，厚度500mm。

4.2.2 正常段井壁

-7～-200m 段，采用用双层钢筋混凝土井壁结构，内壁厚度为450mm，外壁厚度为350mm，混凝土强度等级为C45。外壁与冻结壁之间设置75mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板，内壁与外壁之间设置双层聚乙烯塑料薄板2×1.5mm。

-200～-400m，采用双层钢筋混凝土井壁结构，内壁厚度为750mm，外壁厚度600mm，混凝强度等级为C60。外壁与冻结壁之间设置75mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板，内壁与外壁之间设置双层聚乙烯塑料薄板2×1.5mm。

-400～-505m 段，采用双层钢筋混凝土井壁结构，内壁厚度为850mm，外壁厚度700mm，混凝强度等级为C70。外壁与冻结壁之间设置75mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板，内壁与外壁之间设置双层聚乙烯塑料薄板2×1.5mm。

-505～-515m 段，采用钢筋混凝土井壁，为整体浇筑段，井壁厚度为1550mm，混凝土强度等级为C70。

4.3 混凝土输送技术

在施工过程中还要保证混凝土的输送环节，在传统的混凝土输送中，由于人工推车到井口井栏的距离较远，这种循环往复的输送方式，不仅环节较多，而且混凝土运输时间较长，存在一定的安全风险。因此，可以采用全新的螺旋输送机进行混凝土输送，不仅可以解决传统输送问题，而且在输送过程中能够对混凝土进行二次搅拌，防止内部钢纤维性能降低。这样不仅能够提升冲积层冻结井筒内部的混凝土施工质量，而且能够大幅度提升作业效率。

4.4 分灰入模技术工艺

为保证超深厚冲击层冻结井筒的施工技术，还要针对传统的分灰器进行优化设计。例如，对吊盘结构进行革新，将移动式分灰器改造为固定式分灰器，将固定式分灰器的投料池设置在中层盘，而中层盘至下层盘安装分灰钢管，这样可以省去分灰装置上下井的时间，缩短整体的循环时间，以降低施工成本。

5 结语

综上所述，随着矿井工程项目施工质量的不断提升，必须针对传统的施工技术与施工材料进行优化革新，尤其是超深厚冲积层冻结井筒施工项目，要根据工程实际情况，明确开挖时间与内部温度。论文对冲积层冻结井筒施工技术展开研究，首先对工程案例进行介绍；其次提出冻结井筒掘进技术的具体措施；最后对具体工艺进行阐述，将混凝土配置技术、混凝土输送技术、分灰入模技术工艺等相结合，这种全新的施工技术可以缩短循环时间，降低施工成本，保证矿井工程项目的稳定运营。