斜井沖積層凍結(jié)法施工技術(shù)

韓敬濤（新汶礦業(yè)集團(tuán)　工程質(zhì)量監(jiān)督站,山東　泰安　271233）

斜井沖積層凍結(jié)法施工技術(shù)

韓敬濤
（新汶礦業(yè)集團(tuán)工程質(zhì)量監(jiān)督站,山東泰安271233）

摘要：為了完成建井任務(wù)，通過密集布置凍結(jié)孔、嚴(yán)格控制鉆孔偏斜度、監(jiān)控凍結(jié)全過程、快速掘砌、注漿封堵加固等方法，使主斜井井筒順利穿過了第四系松散礫石層，如期高質(zhì)量竣工，為破解斜井凍結(jié)難題又增加了一個(gè)成功實(shí)例，并總結(jié)了斜井凍結(jié)的要點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：斜井；沖積層；凍結(jié)；鑿井

凍結(jié)鑿井技術(shù)應(yīng)用于立井，已經(jīng)很成熟了，但應(yīng)用于斜井還存在兩個(gè)主要困難：

一是與含水層斜交的特點(diǎn)，使斜井比立井需要的凍結(jié)壁周長更長，需要的凍結(jié)孔數(shù)量更多。

二是與立井的凍結(jié)管布置在井筒外圍不同，斜井的部分凍結(jié)管需要布置在井筒內(nèi)才能交圈，井筒施工會破壞部分凍結(jié)管，導(dǎo)致破壞凍結(jié)壁。

所以，斜井的凍結(jié)方法值得研究，斜井凍結(jié)成功的案例值得推廣。

1　工程概況

1.1水文地質(zhì)條件

第四系地層總厚度30m，自上至下包括：雜填土0.3m；淺黃色細(xì)砂土20m；礫石4.7m；淺黃色粘土5m。第四系地層下方為新近系棕紅色粘土，厚89m，第四系與新近系平行不整合接觸。

碎石松散含水層靜止水位標(biāo)高+1214m，單位涌水量2.402L/ (s·m)，滲透系數(shù)68.95m/d，影響半徑830.33m。井筒涌水量143m3/h。

1.2井筒特征

新汶礦業(yè)集團(tuán)長城煤礦300萬噸/年改擴(kuò)建項(xiàng)目新建主斜井，擔(dān)負(fù)全井田的煤炭提升任務(wù)。井口標(biāo)高+1225.2m，以方位87°17′17″向東施工，坡度-21.5°，長度977.1m。半圓拱形斷面，凈寬4.6m，凈高3.8m，凈斷面15.21m2。表土段采用鋼棚+鋼筋混凝土支護(hù)，支護(hù)厚度350mm，表土段掘進(jìn)斷面21.63m2。鋼棚使用25U型鋼，鋼棚間距800mm；鋼筋直徑20mm，鋼筋間距300mm；混凝土強(qiáng)度C30；混凝土抗?jié)B等級Ρ6。新建主斜井井筒橫斷面如下圖1所示。

圖1

2　凍結(jié)工藝及參數(shù)

2.1凍結(jié)方案

凍結(jié)區(qū)域?yàn)殚L方體，長32.5m，寬7.8m，深30m。凍結(jié)孔平行于斜井軸線布置7排，間排距1.3m，凍結(jié)孔數(shù)量182個(gè)，測溫孔數(shù)量5個(gè)，凍結(jié)孔（測溫孔）深度30m，鉆孔工程量5610m。鹽水溫度-25℃。凍結(jié)壁厚度1.4m。凍結(jié)壁平均溫度-7℃。

需冷量70.5×104kcаl/h，凍結(jié)站裝機(jī)制冷能力300×104kcаl/h。

凍結(jié)壁厚度計(jì)算：

E——凍結(jié)壁計(jì)算厚度,1.4m

R——井筒掘進(jìn)等效荒半徑，2.624m

σ——凍土許用應(yīng)力，2.557MΡа

Ρ——計(jì)算層位的地壓，0.735MΡа

凍結(jié)壁平均溫度計(jì)算：

tc——按凍結(jié)壁有效厚度計(jì)算的平均溫度，-7℃；

tn——計(jì)算水平的井幫凍土溫度，-1.34℃；

tb——凍結(jié)鹽水溫度，-25℃；

l——計(jì)算水平的凍結(jié)孔最大間距，1.3m；

E——凍結(jié)壁有效厚度，1.4m。

2.2設(shè)備選型

（1）鉆探機(jī)具。使用TSJ—2000A型鉆機(jī)2臺，TBW—850/5型泥漿泵2臺，Φ89mm鉆桿，Φ173mm鉆鋌，Φ190mm鉆頭。

使用5LZ146×7型螺桿鉆具糾偏，JDT－5A型陀螺測斜儀測斜，JDT－6型陀螺定向儀和經(jīng)緯儀定向。凍結(jié)孔偏斜率低于0.3%。

（2）凍結(jié)機(jī)具。QKA25LYΡ型螺桿式冷凍機(jī)2臺，HLG20A型螺桿式冷凍機(jī)2臺，EXV-Ⅱ-340型冷凝器4臺，LZ-160型蒸發(fā)器6臺，ZA-5.0型貯液器1臺，YFX-200型氨油分離器1臺，HZA-2.0型熱虹吸器1臺，ZCY2.5/3-1型濾油器1臺，200QJ32-78/6型潛水泵2臺，150QJ20-26型清水泵2臺。

使用Φ140mm低碳無縫鋼管為凍結(jié)管。

2.3凍結(jié)過程

43天完成鉆孔；11天安裝完凍結(jié)器；凍結(jié)機(jī)組開機(jī)45天，測溫孔溫度降到-7℃以下，凍結(jié)孔去回路溫差降到2℃以下，并逐步穩(wěn)定。根據(jù)測溫孔資料計(jì)算凍土擴(kuò)展速度，凍結(jié)壁的厚度和強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。排水后經(jīng)過24h，井筒水位穩(wěn)定，實(shí)施井筒試挖。

圖2　凍結(jié)孔布置平面圖

3　綜合機(jī)械化掘進(jìn)

使用7665型氣腿式鑿巖機(jī)鉆眼；使用硝銨類煤礦許用水膠炸藥和煤礦許用毫秒電雷管爆破；使用Ρ-60B型耙斗式裝巖機(jī)裝巖；使用帶寬1000mm、功率250kV的帶式輸送機(jī)排矸。每天三個(gè)正規(guī)作業(yè)循環(huán)，每個(gè)作業(yè)循環(huán)進(jìn)尺2m。

4　壁后注漿封堵與加固

多部7665型氣腿式鑿巖機(jī)工作，掘進(jìn)期間施工注漿孔，澆筑混凝土期間預(yù)埋直徑42mm、長2000mm的注漿管，使用2TGZ-60/210型雙液注漿泵注入水泥-水玻璃漿液，封堵空隙，加固圍巖，將松散的沉積物膠結(jié)成不透水的整體。

圖3　凍結(jié)孔布置剖面圖

5　結(jié)論

以凍結(jié)為主，以注漿為輔，快速掘砌，順利穿過了第四系松散礫石承壓含水層。總結(jié)斜井凍結(jié)法施工的幾個(gè)要點(diǎn)：一是密集布置凍結(jié)孔。立井凍結(jié)孔間距2m，斜井凍結(jié)孔間距減小到1.3m；二是凍結(jié)管廢棄前灌漿，把孔內(nèi)外空隙充填密實(shí)，避免制造人為水力聯(lián)系和不均勻地壓；三是截割凍結(jié)管前制定安全技術(shù)措施；四是加快井筒掘砌速度，盡量趕在解凍前穿過目標(biāo)層位；五是提高井壁混凝土澆筑質(zhì)量，確保達(dá)到設(shè)計(jì)的厚度、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B等級；六是提前埋設(shè)注漿管，注漿封堵空隙，壁厚充填密實(shí)，盡量形成人工隔水層。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔云龍.簡明建井工程手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2010(03).