楊村主井巨厚粘土層凍結(jié)法鑿井施工技術(shù)探討

摘 要：結(jié)合楊村煤礦主井凍結(jié)段的凍結(jié)工程與鑿井工程過(guò)巨厚粘土層施工的成功經(jīng)驗(yàn)，探討深厚沖積層凍結(jié)法鑿井安全施工的幾個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：深厚沖積層；安全；凍結(jié)法施工

引言

國(guó)投新集能源有限股份公司楊村煤礦主井沖積層厚度538.25米，凍結(jié)深度723米，井筒深度986.7米。井筒在凍結(jié)段掘砌過(guò)程中，取得了一些經(jīng)驗(yàn)和成績(jī)：（1）在表土段鑿井中安全施工，未發(fā)生凍結(jié)管斷裂事故。（2）安全、順利地通過(guò)深厚膨脹粘土層。（3）在表土段施工中工程質(zhì)量?jī)?yōu)良。

1 工程概況

國(guó)投新集能源有限股份公司楊村煤礦設(shè)計(jì)原煤生產(chǎn)能力5.0Mt/a，礦井建成后將成為國(guó)際領(lǐng)先、國(guó)內(nèi)一流的現(xiàn)代化新型礦井。

國(guó)投新集能源有限股份公司楊村煤礦在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)布置主、副、風(fēng)三個(gè)井筒，主井井深986.7米，采用凍結(jié)法施工，基巖段已采用地面預(yù)注漿防治水措施。

2 主井凍結(jié)段地質(zhì)情況

厚達(dá)538.9m的深厚表土層，主要由砂層、粘土層組成，其中砂層計(jì)352.1m，單層厚度在10m以上有11層，最厚為32.6m；粘土計(jì)186.8m，單層厚度在10m以上有5層，在埋深410.4～446.9m為特厚粘土層，遇水膨脹。

埋深在413.1～447.6m的土層為一特厚粘土層，蠕變量較大。

兩淮地區(qū)特厚粘土層在施工中常因蠕變產(chǎn)生的工程地質(zhì)問(wèn)題，輕的造成凍結(jié)管破裂，鹽水外溢，加大施工難度，嚴(yán)重的造成凍結(jié)管破裂多，井筒凍結(jié)壁破壞，造成淹井事故。

3 安全優(yōu)質(zhì)鑿井的探討

3.1 凍結(jié)方案設(shè)計(jì)和凍結(jié)管施工

凍結(jié)孔按4圈布置。防片孔分為外防、內(nèi)防，圈徑分別為14.6m、12.6m，各布孔9個(gè)，孔深分別為420m、210m，開(kāi)孔間距為2.557m；內(nèi)排孔圈徑18.3m，布孔26個(gè)，孔深619m，開(kāi)孔間距2.206m；中排孔圈徑23.3m，布孔52個(gè)，其中深孔26個(gè)，孔深723m，淺孔26個(gè)，孔深619m，開(kāi)孔間距1.407m；外圈圈徑29.7m，布孔55個(gè)，孔深619m，開(kāi)孔間距1.696m。

另外，布置測(cè)溫孔6個(gè)，孔深619m、723m各兩個(gè)，210m、420m各一個(gè)；水文孔4個(gè)，孔深分別為30m、85m、315m、515m?？傆?jì)各類(lèi)鉆孔168個(gè)孔，工程量106444m。

防片孔、內(nèi)排孔、中排孔采用Φ159×5～7mm凍結(jié)管，外排孔采用Φ140×5～7mm凍結(jié)管，均采用內(nèi)管箍對(duì)焊連接，200m深度以上的凍結(jié)管壁厚5mm，200m～300m深度凍結(jié)管壁厚6mm，300m深度以下凍結(jié)管壁厚7mm。

在井幫穩(wěn)定性較差的巨厚粘土層，凍結(jié)管斷裂預(yù)防及處理措施有：（1）凍結(jié)管偏斜嚴(yán)重部位使用風(fēng)鎬、風(fēng)鏟破土，采取小段高施工。（2）對(duì)因凍結(jié)管接頭質(zhì)量差或凍結(jié)壁強(qiáng)度低、井幫穩(wěn)定性差、段高過(guò)大、凍結(jié)壁變形過(guò)大以及爆破影響造成凍結(jié)管斷裂鹽水泄露時(shí)，斷裂的凍結(jié)管必須立即關(guān)閉閥門(mén)，停止鹽水循環(huán)。（3）工程技術(shù)人員參考凍結(jié)管實(shí)偏移情況，根據(jù)井筒凍結(jié)壁實(shí)際揭露情況，隨時(shí)調(diào)整施工方法，保證凍結(jié)管的安全。

3.2 混凝土集中攪拌制作為安全優(yōu)質(zhì)快速鑿井提供保證

楊村煤礦建立混凝土集中攪拌站，采用混凝土集中制作、集中供應(yīng)的方式，不僅緩解了井口工業(yè)廣場(chǎng)用地緊張的局面，使井口做到文明生產(chǎn)，更重要的是確保了混凝土的制作質(zhì)量和供應(yīng)速度，確保井筒施工中的質(zhì)量控制和速度控制，做到了安全生產(chǎn)和井壁質(zhì)量?jī)?yōu)良。為了抵御強(qiáng)大的外荷載作用，井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)早強(qiáng)高性能混凝土。砼的各種原材料符合規(guī)范要求，按規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)和試驗(yàn)，并提交試驗(yàn)報(bào)告。砼中摻加的添加劑品種和用量符合設(shè)計(jì)要求，砼的初凝和終凝時(shí)間符合規(guī)定，保證砼在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到拆模強(qiáng)度。

井筒井壁砼有C30、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75九種強(qiáng)度等級(jí)。在施工凍結(jié)段外壁時(shí)摻加高效防凍早強(qiáng)減水劑、防水劑.砼用粗骨料在使用前做碎石強(qiáng)度檢驗(yàn)，其巖石抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度之比不得小于設(shè)計(jì)值，定專(zhuān)人進(jìn)行監(jiān)督和控制。

通過(guò)埋深在413.1～447.6m的特厚粘土層時(shí)，用C75強(qiáng)度等級(jí)的砼，保證混凝土的入模溫度不得低于20℃，使混凝土的強(qiáng)度在24小時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)值的50%，72小時(shí)內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%以上。

3.3 井筒安全施工的其他專(zhuān)項(xiàng)措施

主井井筒表土所穿越的砂質(zhì)粘土及粘土層計(jì)25層，埋深在413.1～447.6m的土層為一特厚粘土層，蠕變量較大，而且粘土層凍土的強(qiáng)度低?，F(xiàn)采取下述技術(shù)安全措施，以確保安全快速地通過(guò)厚膨脹粘土層。

（1）強(qiáng)化凍結(jié)，控制粘土層井幫溫度必須達(dá)到-8℃以下。

（2）增強(qiáng)機(jī)械化裝備（大功率提升機(jī)、大吊桶、小型挖掘機(jī)和中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)等）來(lái)提高施工能力，縮短循環(huán)時(shí)間、加快施工速度、提高施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制段高，掘砌段高不得大于2.2m，必要時(shí)可采取1.2m小段高掘砌方式。組織足夠的人力、機(jī)械強(qiáng)行挖掘，使凍結(jié)壁暴露時(shí)間控制在18小時(shí)以?xún)?nèi)；壓縮循環(huán)時(shí)間以保證安全通過(guò)膨脹粘土層的措施之一。

（3）與設(shè)計(jì)、監(jiān)理及科研單位緊密配合，加強(qiáng)凍結(jié)段井幫溫度、井幫位移和凍脹壓力的觀測(cè)，進(jìn)行凍結(jié)變形壓力、凍結(jié)壁變形、溫度、井壁鋼筋內(nèi)力等內(nèi)容的監(jiān)測(cè)工作，用科學(xué)的方法和可靠的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)施工。

（4）在厚粘土層或鈣質(zhì)粘土層施工時(shí)，當(dāng)井壁位移過(guò)快或膨脹過(guò)大時(shí)，采取在外壁與井幫之間加襯厚（不超過(guò)75mm）泡沫塑料板等措施。

（5）在厚粘土層或鈣質(zhì)粘土層施工時(shí)，在粘土層凍結(jié)壁上1毫米厚的塑料薄膜，防止混凝土中的水分侵入特厚粘土層，防止厚粘土層或鈣質(zhì)粘土層產(chǎn)生極大蠕變?cè)斐蓛鼋Y(jié)管斷裂，造成凍結(jié)管斷裂、凍結(jié)壁破壞、淹井等事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

楊村煤礦主井在施工中，注重凍結(jié)方案和井壁方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)過(guò)程控制，嚴(yán)格的施工管理，運(yùn)用先進(jìn)壓力測(cè)試技術(shù)，確保楊村煤礦主井安全優(yōu)質(zhì)成井，為以后楊村煤礦順利投產(chǎn)打下良好基礎(chǔ)。