全深凍結(jié)井筒快速施工技術(shù)的應(yīng)用探析

馬 驥 馬金寶 張學(xué)如（陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713600）

全深凍結(jié)井筒快速施工技術(shù)的應(yīng)用探析

馬 驥 馬金寶 張學(xué)如
（陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713600）

摘 要：隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家對煤炭的需求也在逐漸增大，雖然目前新能源的開發(fā)在一定程度上減少了對煤炭的依賴，但是，就目前而言，暫時(shí)還沒有煤炭的可替代能源，并且，煤炭在國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中也占據(jù)著重要的地位。而隨著國家煤炭開采技術(shù)的發(fā)展，凍結(jié)法成為井筒通過復(fù)雜地層時(shí)采用最多的施工技術(shù)之一，有效的提高了鑿井過程中的降水效果，但是，我國該項(xiàng)技術(shù)起步相對較晚，對于全深凍結(jié)井筒的快速施工技術(shù)的問題研究相對還較少，還存在眾多的問題，影響著煤礦鑿井的發(fā)展，因此，本文將著重論述全深凍結(jié)井筒快速施工的技術(shù)及其應(yīng)用，以期對該項(xiàng)工作有所啟示和借鑒。

關(guān)鍵詞：全深凍結(jié)井筒；快速施工；應(yīng)用解析

在我國煤炭資源開發(fā)初期，由于我們的工藝技術(shù)不成熟，加之對深厚富水基巖地層的認(rèn)識不足，大多數(shù)采用普通的鑿井方法，在遇到水時(shí)，就采用注漿或降水等措施，強(qiáng)行的通過含水層，造成開采次數(shù)率低，堵水的效果不好，并且引起排水的困難，使得注漿或降水等措施屢屢失敗，例如嗒然﹑高勒的等煤礦在注漿堵水失敗后，采用凍結(jié)法鑿井，大大的延誤了工期，降低了開采效率，同時(shí)還造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 我國凍結(jié)法鑿井施工規(guī)模增長狀況

目前，我國采用凍結(jié)法鑿井的深度已達(dá)將近900m，取的了輝煌的成就。例如高家堡礦井，采用立井開拓方式，施工全深凍結(jié)法進(jìn)行，其主﹑副﹑風(fēng)井的凍結(jié)深度分別為788m﹑850m﹑860m，也是目前我國最深的軟巖凍結(jié)井之一。而高家堡礦井井筒穿越的巖層的地質(zhì)條件復(fù)雜，對井筒凍結(jié)﹑壁厚﹑掘砌之間的配合的研究，直接關(guān)系到快速施工的效果，還影響到礦井建設(shè)的成本。因此我們有必要進(jìn)一步深入的研究全深凍結(jié)井筒快速施工的工藝技術(shù)，以為實(shí)踐中提供理論指導(dǎo)。

一﹑我國全深凍結(jié)井筒快速施工技術(shù)的發(fā)展概述

全深凍結(jié)井筒快速施工技術(shù)在我國發(fā)展起步較晚，自1955年從波蘭引進(jìn)該技術(shù)以來，大致經(jīng)歷引進(jìn)推廣階段﹑探索改進(jìn)﹑完善提高階段﹑深層凍結(jié)法鑿井研究和應(yīng)用探索階段等幾個(gè)發(fā)展階段，目前我國的全深凍結(jié)井筒施工深度可以穿過600m深厚沖積層，使得凍結(jié)深度達(dá)到一個(gè)新的增長點(diǎn)，并且在將近600m沖擊成凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)﹑凍結(jié)工藝等方面取得了一些系列的成果，使得我國的該項(xiàng)技術(shù)以位列前茅。但是其系統(tǒng)性的規(guī)范工作還有待開展。目前，凍結(jié)法鑿井技術(shù)在我國各大礦井上廣泛的應(yīng)用，并且已經(jīng)成為煤礦井筒穿過沖積層﹑軟弱地層等含水層時(shí)的主要施工方法，并且隨著鑿井施工規(guī)模的增長，凍結(jié)的深度也越來越深，從施工規(guī)模上來看，從我國引入凍結(jié)法以來，采用該技術(shù)建立建成的立井井筒968個(gè)，井筒的累計(jì)長度達(dá)到22.7萬m，井筒的最大資金達(dá)10.5m，施工規(guī)模是世界上最大的。從凍結(jié)的深度來看，西部地區(qū)可達(dá)到850m，東部地區(qū)達(dá)800m，而部分礦井如甘肅的核桃峪礦副立井凈直徑為9m，凍結(jié)深度為950m，超越英國的930m世界凍結(jié)記錄。近年來，我國凍結(jié)法鑿井技術(shù)發(fā)展迅速，在煤礦的發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。隨著新技術(shù)﹑新設(shè)備的應(yīng)用，使得我國凍結(jié)法鑿井工藝發(fā)展到世界的領(lǐng)先的水平。

二﹑全深凍結(jié)井筒快速施工案例分析

1 工程概況

高家堡煤礦礦井，副井井筒設(shè)計(jì)凈直徑Ф8.5m，凍結(jié)深度850m，井筒深度841.5m。鋼筋混凝土雙層復(fù)合井壁支護(hù)。根據(jù)鉆孔地質(zhì)資料顯示該井筒所經(jīng)歷的地質(zhì)特征依次為：侏羅系下統(tǒng)富縣組（J1f）﹑中統(tǒng)延安組（J2y）﹑直羅組（J2z）﹑安定組（J2a），白堊系下統(tǒng)宜君組（K1y）﹑洛河組（K1l）﹑華池組（K1h）及第四﹑三系地層（Q+N）。并且屬高沼氣礦井，經(jīng)檢驗(yàn)，地下水化學(xué)類型為：第四﹑三系含水層水質(zhì)為HCO3-Na型，礦化度846.53mg/L；洛河組含水層水質(zhì)為SO4·HCO3-Na型，礦化度1179.64mg/L；延安組含水層水質(zhì)為SO4·Cl-Na型，礦化度3178.13mg/L。

2 施工方案

外壁采用短斷掘砌混合作業(yè)方式，井筒內(nèi)部全部凍實(shí)或進(jìn)入基巖段，采用鉆爆法施工，外壁砌筑采用液壓伸縮整體移動(dòng)式金屬模板，高度為3.8m，采用一掘一砌的方式進(jìn)行。內(nèi)壁采用1m高的組合式金屬模板，自上而下連續(xù)砌筑施工方式。表土段支護(hù)方式為鋼筋砼砌碹﹑單層井壁，基巖段支護(hù)方式為鋼筋砼砌碹﹑雙層井壁。外壁支護(hù)厚度為550mm，砼強(qiáng)度為C30﹑C40，內(nèi)壁支護(hù)厚度為550mm，砼強(qiáng)度根據(jù)實(shí)際情況來選擇。

三﹑全深凍結(jié)井筒快速施工技術(shù)應(yīng)用的解析

根據(jù)上述的案例，我們在對井筒進(jìn)行施工中，其主要工藝流程是掘進(jìn)（機(jī)械挖掘或鑿巖爆破）——出矸（抓巖機(jī)）——臨時(shí)支護(hù)（圍巖破碎時(shí)）——永久支護(hù)——清底。其不同的施工階段具有需要有不同的技術(shù)支撐。

1 鎖口及井頸段施工

井筒施工時(shí)采用臨時(shí)鎖口，當(dāng)井筒掘夠鎖口設(shè)計(jì)的要求深度后，采用素砼進(jìn)行自下而上砌筑作為井筒的臨時(shí)鎖口。每掘進(jìn)1m或2m后，對井筒進(jìn)行澆筑砼，同時(shí)，為了防止緊閉脫落，應(yīng)當(dāng)保證壁厚的密實(shí)，并綁扎鋼筋進(jìn)行上下節(jié)井壁之間的連接。在鎖口施工完畢后，設(shè)置臨時(shí)的封口盤，然后對剩余部分的井頸斷進(jìn)行施工，可采用短段高掘進(jìn)施工的方法，在施工過程中，若碰到巖層不穩(wěn)定，可以根據(jù)實(shí)際情況采用臨時(shí)錨噴網(wǎng)支護(hù)，以保證施工的安全。此外，井頸段井壁采用現(xiàn)鋼筋澆砼支護(hù)。對井筒每段采用1m高組合式金屬模板自上而下進(jìn)行連續(xù)掘砌。

2 掘進(jìn)施工

爆破和鉆眼是掘進(jìn)施工的主要內(nèi)容。在采用鉆爆法施工中，炸藥可選用乳化炸藥，以防止凍結(jié)，并且該種炸藥還可以提高炮孔利用率，爆破巖石塊適中等效果，從而保證井筒成形取得光爆效果和減小對凍結(jié)管的震動(dòng)。在實(shí)際的施工需要根據(jù)掘進(jìn)中所碰到巖石的硬度來進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)的爆破效果。需要注意的是，在施工前，需要根據(jù)凍結(jié)管的布置圖來及時(shí)調(diào)整周邊鉆眼的位置，保證周邊炮孔的洞距不小于1.2m，同時(shí)還要控制炸藥的量，在引爆前注意關(guān)閉凍結(jié)器閥門，停止鹽水循環(huán)，引爆后，注意檢查井幫有無漏水現(xiàn)象，確認(rèn)無誤后，才能恢復(fù)鹽水循環(huán)。

3 外壁砌壁施工

外壁采用鋼筋砼支護(hù)結(jié)構(gòu)，厚度為550mm，根據(jù)不同的段高，砼的強(qiáng)度等級不同，分為C30﹑C40兩種。模板分為直模和刃腳兩部分，刃腳上按鋼筋設(shè)計(jì)位置留出搭接插孔，豎筋采用機(jī)械連接，環(huán)筋采用綁扎的防止，采用溜灰管輸送混凝土進(jìn)行施工。井筒的壁座在外壁施工時(shí)完成，并采用錨網(wǎng)噴進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，在進(jìn)行內(nèi)壁套筑時(shí)一并砌筑。

4 內(nèi)壁的施工

在外壁施工完成后，對內(nèi)壁進(jìn)行施工，內(nèi)壁套筑施工采用1m高組合模板，通常，可以采用平行作業(yè)的方式進(jìn)行施工。模板組立完成操作平找正并固定牢固后，即可進(jìn)行澆筑砼施工，在澆筑砼的過程中，要均勻?qū)ΨQ下灰，在澆筑一定高度后，將鋼筋接長，并綁扎環(huán)筋，然后繼續(xù)立模板，直至套壁施工結(jié)束。

5 組立與拆卸外壁施工模板

一是外壁施工模板的拆卸。通過將風(fēng)動(dòng)液壓泵站從井上送到井底，在保證接頭干凈的前提下，給油缸對上油管，接上風(fēng)帶，開啟風(fēng)動(dòng)液壓站和高壓閥門，從而使油缸工作帶動(dòng)活塞內(nèi)收，這樣可使外壁施工模板順利脫開。二是拆卸模板后，聯(lián)系井上穩(wěn)車房，下方模板到設(shè)定的位置，調(diào)整高壓閥門至減壓位置，這樣使模板恢復(fù)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，在模板找正穩(wěn)固牢靠后，用矸石填實(shí)，同時(shí)為了防止跑漿，可撒一層砂，最后支護(hù)好手腳支架，這樣模板組立完成。

6 澆筑砼支護(hù)的施工

在模板組立好并經(jīng)檢查符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求后，可進(jìn)行分層對稱砼澆筑，并隨著澆筑來進(jìn)行振搗工作。在澆筑砼的施工中需要注意的是，在澆筑前應(yīng)把清理干凈接茬處，并保持澆筑砼垂直入模，保證下料的均勻程度，并且振搗工作要分層﹑分區(qū)進(jìn)行，保證砼的飽滿密實(shí)。

結(jié)語

總之，該施工從2011年開工到2012年井筒順利竣工，在施工期間實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，并且運(yùn)行良好，為高家堡礦井順利奠定了基礎(chǔ)。并且通過高家堡礦井凍結(jié)施工技術(shù)的成功運(yùn)用，可以為其他礦井提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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[4]張秋季.深凍結(jié)井筒的快速施工技術(shù)[J].河北煤炭，2005（05）：44-45.

中圖分類號：TD262

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