淺析全井深凍結(jié)法在鄂爾多斯特殊地層的應(yīng)用

摘要：通過(guò)本單位在使用全井深凍結(jié)法施工的門克慶主井井筒

工程，其質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良，分析全井深凍結(jié)法在鄂爾多斯地區(qū)特殊地層條件下的應(yīng)用，總結(jié)出全井深凍結(jié)法不僅縮短了井筒施工時(shí)間，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：全井深凍結(jié)施工時(shí)間生產(chǎn)效率

1 工程概況

門克慶礦井是中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司二甲醚煤化工項(xiàng)目的配套建設(shè)礦井。礦井建設(shè)規(guī)模為12.0Mt/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限90.0a，為低瓦斯礦井。主井井筒井口設(shè)計(jì)標(biāo)高+1305.7m，井筒凈直徑9.6m，井筒深度786.66m；凍結(jié)深度795m。按井壁結(jié)構(gòu)的不同將井筒由上而下分為井頸段10.5m（井深0～10.5m）、雙層井壁段230m（井深10～240.5m）、壁座20m、單層井壁段534.8m（井深260.5～795.3m），均采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼標(biāo)號(hào)C30～C75不等。其中單層井壁段采用由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)提供的新技術(shù)——接茬安裝止水鋼板并鋪設(shè)注漿管。箕斗裝載硐室位于井深713.3m至745.3m段。裝載硐室凈高度28m，凈寬9.6m，上加固段段高4.3m，下加固段段高0.4m，共計(jì)32.7m。

2 地層特征

根據(jù)井筒施工揭露地層自上而下有：第四系（Q3+4）、白堊系下統(tǒng)志丹群（K1zh）、侏羅系中統(tǒng)安定組（J2a）、侏羅系中統(tǒng)直羅組（J2z）、侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）。

3 施工工藝

為保證井筒掘砌施工技術(shù)的可靠性、先進(jìn)性及施工的持續(xù)穩(wěn)定性，根據(jù)井筒技術(shù)特征、地質(zhì)條件及鑿井設(shè)備能力，確定了井筒的施工方案。首先在準(zhǔn)備期內(nèi)完成地面臨時(shí)設(shè)施、鑿井措施工程、臨時(shí)鎖口的施工。接到試挖通知后，試挖井筒至30m，然后安裝兩盤，吊掛管線，再進(jìn)行井筒的正式掘砌施工。井筒外壁及單層井壁段掘砌施工采用立井綜合機(jī)械化作業(yè)線配套方式。凍結(jié)段外壁采用短掘短砌作業(yè)，3臺(tái)提升機(jī)提升出矸，1臺(tái)八臂傘鉆打眼，2臺(tái)中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝巖，一臺(tái)CASE75型挖掘機(jī)清底刷幫，5.5m深孔光面光底爆破，4.6m高度液壓伸縮整體下移式金屬模板砌壁，一掘一砌。此方案井幫圍巖暴露時(shí)間短，不需臨時(shí)支護(hù)，施工安全，輔助時(shí)間少，并能實(shí)現(xiàn)工種專業(yè)化，利于實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)，保證施工進(jìn)度和質(zhì)量。內(nèi)壁砌筑采用1m高金屬裝配式模板，施工完壁座后，自下而上一次砌筑完成。

4 與井筒相連硐室施工

井筒施工到箕斗裝載硐室位置時(shí)，有兩種施工方案可供選擇：一是先將井筒施工到底，再返上來(lái)施工硐室；二是采用與井筒同步施工法。通過(guò)論證，結(jié)合硐室所處地層情況，決定采用與井筒同步施工法，這樣不僅速度快，而且安全性高。缺點(diǎn)是要破除凍結(jié)管，可能進(jìn)入到凍結(jié)壁以外，有出水的可能，為確保施工安全，到該地層位置前，對(duì)硐室所處巖層進(jìn)行了探水工作。

4.1 探水

工作面探水選用ZLJ-350型鉆機(jī)，用三翼金剛合金片Ф89mm無(wú)芯鉆頭鉆進(jìn)6米，然后下入Ф75mm止水套管6米，再用水玻璃水泥雙液漿進(jìn)行固管并安裝Ф76.2mm高壓球閥，做耐壓實(shí)驗(yàn)合格后，用Ф56mm鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。如鉆進(jìn)過(guò)程中遇水，則進(jìn)行工作面超前注漿封堵加固；若無(wú)水則按預(yù)定孔度進(jìn)行封孔。通過(guò)探水施工，確認(rèn)硐室所處巖層不含水。

4.2 凍結(jié)管處理技術(shù)

由于該井采用全井凍結(jié)法施工， 硐室開口處含有凍結(jié)管路。為保證安全施工，首先放震動(dòng)炮，然后采用風(fēng)鎬支出凍結(jié)管，經(jīng)過(guò)下列方法處理后，方可正常掘進(jìn)。

①聯(lián)系凍結(jié)單位關(guān)閉凍結(jié)管內(nèi)的循環(huán)鹽水。

②掘進(jìn)至距凍結(jié)管2m處采用放震動(dòng)炮掘進(jìn)至凍結(jié)管，用風(fēng)鎬在凍結(jié)管上打眼放掉剩余鹽水，鹽水放完后從荒井壁向下0.3m處割斷凍結(jié)管，采用鋼板把割斷的凍結(jié)管頭焊上堵頭（采用δ10mm厚鋼板）。

③割斷的每根凍結(jié)管，凍結(jié)管側(cè)面采用風(fēng)鉆打眼0.3m深，預(yù)留注漿管，安設(shè)閥門。

4.3 凍結(jié)工藝分析與評(píng)價(jià)

①全井深凍結(jié)法施工井筒，阻止了外部涌水進(jìn)入到井筒內(nèi)，保證施工順利進(jìn)行。

②全井深凍結(jié)法施工井筒前，必須確保凍結(jié)效果，如果因凍結(jié)管偏斜過(guò)大或其他原因?qū)е聝鼋Y(jié)壁厚度不夠，凍結(jié)強(qiáng)度達(dá)不到抵擋水壓時(shí)，施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)井筒涌水現(xiàn)象，繼續(xù)凍結(jié)會(huì)造成凍結(jié)工期延長(zhǎng)，而凍結(jié)過(guò)于保守，又會(huì)造成凍結(jié)壁進(jìn)入荒井壁較多，給施工帶來(lái)困難，所以井筒凍結(jié)效果的監(jiān)測(cè)是加快施工速度的關(guān)鍵，恰到好處的凍結(jié)效果可保證快速施工。

③全井深凍結(jié)情況下，井筒下部工作面可能凍實(shí)，由于巖層溫度較低，容易產(chǎn)生瞎炮或拒爆。如果產(chǎn)生瞎炮，制約了鑿井速度，對(duì)安全工作也造成了隱患。

5 結(jié)束語(yǔ)

鄂爾多斯地區(qū)新建礦井應(yīng)盡量采用凍結(jié)法施工，一般應(yīng)凍結(jié)全深，如果對(duì)水文情況掌握比較清楚準(zhǔn)確時(shí)，下部硐室部位也可不凍。為保證井壁的封水效果、設(shè)計(jì)上應(yīng)采用雙層井壁。并且在深井凍結(jié)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮小凍結(jié)管間距或采用雙排孔凍結(jié)。馬頭門位置的選擇要合理，盡量避開軟弱巖層、膨脹巖層或含水層，并研究制定可行支護(hù)方案。根據(jù)測(cè)溫孔溫度變化情況推測(cè)凍結(jié)壁解凍時(shí)間，提前做好凍結(jié)管射孔注漿準(zhǔn)備。

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作者簡(jiǎn)介：白建剛（1982-），男，項(xiàng)目部技術(shù)經(jīng)理，礦建工程師，研究方向：礦井建設(shè)。