凍結(jié)壁形成特性預(yù)報與凍結(jié)調(diào)控機(jī)制在趙固二礦西風(fēng)井中的應(yīng)用

曾凡偉，陳道翀，曾凡毅，陳紅蕾

(1.河南國龍礦業(yè)建設(shè)有限公司，河南 鄭州 450000；2.北京煤科聯(lián)應(yīng)用技術(shù)研究所，北京 100013；3.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013)

我國20世紀(jì)60年代開始凍結(jié)壁形成特性的研究，20世紀(jì)70年代在潘謝礦區(qū)凍結(jié)井中進(jìn)行大量的試驗與工程實(shí)測研究，掌握了單圈孔凍結(jié)壁形成的基本特性[1-3]，20世紀(jì)80年代末通過陳四樓主、副井深厚沖積層凍結(jié)鑿井技術(shù)攻關(guān)，掌握了主凍結(jié)孔內(nèi)測增設(shè)防片幫孔凍結(jié)壁形成特性，并成功實(shí)現(xiàn)凍結(jié)壁形成特性工程預(yù)報[4-6]。21世紀(jì)以來，凍結(jié)法鑿井穿過沖積層厚度相繼突破400m、500m、600m，需采用多圈孔凍結(jié)，國內(nèi)多位學(xué)者通過模擬試驗、數(shù)值分析、現(xiàn)場實(shí)測深入研究了多圈孔凍結(jié)壁形成特性[7-10]，但如何實(shí)現(xiàn)凍結(jié)段掘砌過程中的凍結(jié)壁形成特性準(zhǔn)確預(yù)測，并制定相應(yīng)掘砌、凍結(jié)調(diào)控措施確保安全，一直是深厚沖積層凍結(jié)法鑿井關(guān)鍵技術(shù)難題。

趙固二礦西風(fēng)井井筒凈直徑6.0m，井筒設(shè)計深度914m，穿過沖積層厚度704.6m，凍結(jié)深度783m，凍結(jié)段井壁厚度900～1950mm，井壁混凝土設(shè)計最高強(qiáng)度等級為C100，趙固二礦是我國第二個穿過700m沖積層的礦區(qū)，趙固二礦西風(fēng)井是我國第四個穿過700m沖積層的井筒；凍結(jié)設(shè)計階段便根據(jù)沖積層厚度及特點(diǎn)，選取了確保安全前提下井幫溫度的調(diào)控目標(biāo)[11，12]，在此基礎(chǔ)上布置凍結(jié)孔[13]，并制定凍結(jié)調(diào)控的初步方案，設(shè)計了井幫溫度的調(diào)控目標(biāo)(曲線)，通過建立的凍結(jié)壁形成特性實(shí)測、工程預(yù)報與凍結(jié)調(diào)控機(jī)制[14，15]，首次實(shí)現(xiàn)700m以上沖積層的粘性凍土井幫溫度控制在-11℃以上，砂性凍土井幫溫度控制在-13℃以上，為安全快速施工創(chuàng)造了良好的條件。……