主立井凍結(jié)施工工藝技術(shù)要點探究

李由良

摘 要：本文主要從巴愣煤礦采用凍結(jié)法施工的角度出發(fā)，闡述了巴愣煤礦主立井凍結(jié)施工工藝，并從不同角度進行詳細分析，最后論述了巴愣煤礦凍結(jié)法施工主要技術(shù)要求，并從兩個方向進行討論，通過對巴愣煤礦凍結(jié)法施工工藝技術(shù)要點分析研究，給大家在凍結(jié)法鑿井施工提供經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：巴愣煤礦;施工工藝;技術(shù)要點

1 巴愣煤礦概況分析

巴愣煤礦屬于國有大型現(xiàn)代化礦井，位于內(nèi)蒙鄂爾多斯上海廟礦區(qū)，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)與寧夏回族自治區(qū)的接壤地帶，礦井設(shè)計建設(shè)規(guī)模為8.00Mt/a，服務(wù)年限80.8a。巴愣井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)與寧夏回族自治區(qū)的接壤地帶，井田大致呈北部略寬的梭狀，南北最長約14km，東西寬約1.5m～8km，面積74.9km2。井田位于鄂爾多斯高原西側(cè)，毛烏素沙漠西南邊緣，屬北溫帶干草原與內(nèi)蒙古荒漠草原的過度地帶，是鄂爾多斯寒流、風(fēng)沙南下的必經(jīng)之地，地形呈低緩丘陵地貌，地勢開闊，起伏不大，總體呈東南高西北低的地形特征。主立井井筒凈徑為8.20m，井筒深度850m，表土厚度205m，凍結(jié)深度860m，凍結(jié)深度起算標高+1350m。

2 巴愣煤礦施工工藝探究

2.1 巴愣煤礦施工工藝準備分析

施工籌備人員進駐現(xiàn)場后，在計劃準備期內(nèi)完成組織準備、物資準備、技術(shù)準備。按照施工平面布置完成凍結(jié)施工的鉆場基礎(chǔ)、泥漿泵房、測斜室、供、排漿系統(tǒng)施工、凍結(jié)施工的凍結(jié)站、配電室等生產(chǎn)大臨工程和生活臨建工程，以及供水、供電等，為凍結(jié)工程施工創(chuàng)造條件，滿足施工要求。

2.2 巴愣煤礦鉆孔施工工藝分析

第一，巴愣煤礦鉆孔施工主要采用TSJ-2600/600和TSJ-2000E型鉆機施工，配備TBW-1200/7B和TBW-850/50

型泥漿泵。鉆孔測斜采用JDT-5型陀螺儀，實現(xiàn)不提鉆測斜。采用JDT-3K型陀螺儀定向，隨鉆可提式導(dǎo)向器和5LZ146-7.0型螺桿鉆糾斜。第二，以井筒中心位置量出場地范圍平整場地，分層鋪設(shè)夯實三七灰土，三七灰土上部澆注混凝土，并預(yù)留鉆孔位置和砌筑泥漿循環(huán)溝槽。第三，以井筒中心為基準，測定孔位。鉆孔孔位采用釘樁法設(shè)立明顯標志。第四，按設(shè)備的安裝要求進行鉆機安裝，并配套好泥漿設(shè)施。接通水、電、安裝夜間照明，檢查鉆具，做好各項準備工作。第五，采用Φ89mm鉆桿，Φ159mm加重桿，Φ171.4mm、Φ190.5mm牙輪鉆頭組成的加重鉆具，回轉(zhuǎn)式鉆進泥漿護壁的方法，分班連續(xù)作業(yè)方式。第六，泥漿配制，砂土層施工時，為防止砂土層垮塌，開孔前配一定量的土粉漿。粘土層施工時，由于粘土層造漿嚴重井壁較穩(wěn)定，為防止粘鉆要提高泥漿的潤滑性，降低失水量。基巖風(fēng)化帶施工時，由于風(fēng)化帶較容易垮塌，漏失量較大，要提高泥漿粘度和比重，降低失水量，加強井壁保護。基巖地層施工時，地層較穩(wěn)定，如有掉塊現(xiàn)象，和防止粘鉆、巖粉沉淀卡鉆，要保證泥漿攜巖正常，巖粉能及時沉淀，固相含量低，失水量小，潤滑性好。

2.3 巴愣煤礦制冷施工工藝分析

2.3.1 凍結(jié)站安裝

凍結(jié)站安裝包括氨系統(tǒng)、鹽水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)安裝，要求根據(jù)凍結(jié)站的總體設(shè)計，按照先設(shè)備后管路的安裝程序和施工圖的技術(shù)要求，將三大循環(huán)系統(tǒng)分別進行安裝，并按《煤礦井巷工程質(zhì)量驗收規(guī)范》要求試壓、檢查驗收。凍結(jié)站設(shè)備、壓力容器及閥門在安裝前必須進行清洗和壓力試驗，安全閥、液面指示器、放空氣閥安裝前必須做靈敏度試驗，氨、鹽水系統(tǒng)管路采用20#低碳無縫鋼管（GBT/8163-2008），鹽水箱安設(shè)液面自動報警裝置。凍結(jié)站管路試壓合格后，對氨低溫管路和站內(nèi)鹽水管路進行保溫包扎。

2.3.2 凍結(jié)溝槽施工及凍結(jié)器安裝

凍結(jié)鉆孔竣工后，進行凍結(jié)溝槽施工和凍結(jié)器安裝，凍結(jié)器安裝完畢要對溝槽進行清理，做到溝槽內(nèi)清潔、操作方便。溝槽內(nèi)要安裝鹽水流量檢測和凍結(jié)器流量控制裝置，以便按時檢測和調(diào)整各凍結(jié)器的鹽水流量。凍結(jié)器頭部要安裝回路溫度檢測探頭以便檢測凍結(jié)器運行是否正常，并安裝放空裝置。鹽水系統(tǒng)試壓合格后要按設(shè)計要求對鹽水管路進行保溫包扎。

2.3.3 化鹽水施工工藝

按照設(shè)計的比重配制鹽水，配制鹽水時，要防止異物混入，以免使凍結(jié)器堵塞影響井筒的正常凍結(jié)施工。第四，正常運轉(zhuǎn)、設(shè)備檢修和檢測監(jiān)控，凍結(jié)期間，要按設(shè)計的開機臺數(shù)控制各項運轉(zhuǎn)參數(shù)，并對水文孔水位、參考井水位、測溫孔溫度的檢測，井筒掘進期間的井幫溫度、凍結(jié)壁位移的觀測等要進行嚴格的檢測監(jiān)控，為井筒的掘進施工提供可靠的依據(jù)。

2.4 巴愣煤礦凍結(jié)施工工藝分析

第一，凍結(jié)鉆孔施工順序，首先是施工準備，包括鉆場基礎(chǔ)施工、臨建施工，其次是鉆機安裝及定位、調(diào)制泥漿、正常鉆進、測斜、糾斜、測深，最后是下管、環(huán)形空間充填、試壓、鉆孔驗收。第二，制冷凍結(jié)施工順序，首先是施工準備和基礎(chǔ)施工，其次是設(shè)備就位及管路和地溝槽安裝、試壓保溫包扎、配制鹽水，以及清水、鹽水系統(tǒng)試運行、充氨、試運轉(zhuǎn)、凍結(jié)正常運轉(zhuǎn)，最后是監(jiān)測、監(jiān)控、試挖、正式掘砌、維護凍結(jié)、停機、凍結(jié)驗收。

3 巴愣煤礦施工主要技術(shù)要求

3.1 鉆孔施工主要技術(shù)要求

第一，孔位施工時標定孔間距允許誤差±2mm;開孔孔位允許偏差：徑向向外0～20mm，切向±20mm。孔徑應(yīng)大于所下置凍結(jié)管管徑10～20mm。各類孔必須確保設(shè)計下管深度，下管深度不應(yīng)小于設(shè)計深度。第二， 鉆機安裝必須保證天輪中心、轉(zhuǎn)盤中心、孔位中心三點一線，并墊實鉆機底盤，保證鉆機穩(wěn)固。泥漿制備選取優(yōu)質(zhì)粘土，并經(jīng)試驗確定其各項指標。正常鉆進時，泥漿性能為：比重1.10～1.40，含砂量不超過4%，失水量不超過25mL，膠體率不小于97%。施工中加強對泥漿性能的監(jiān)測，經(jīng)常測定泥漿指標，根據(jù)沖積層和基巖的地層特點調(diào)整泥漿指標以保證鉆孔護壁效果。第三，鉆進時，立軸平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)不能晃動，按鉆孔深度及地層情況合理選擇鉆進參數(shù)、鉆速、鉆壓及沖洗量。鉆進中嚴格控制鉆機轉(zhuǎn)速，以防止鉆孔偏斜。在鉆進中，每隔30～50m測斜一次，發(fā)現(xiàn)偏值超過設(shè)計值時，應(yīng)進行糾偏，如超過規(guī)定，及時糾偏。第四，下管前應(yīng)提供下管通知單，內(nèi)容包括孔號、孔深、測斜取點位置、偏率、偏值、偏向等，經(jīng)監(jiān)理方組織建設(shè)方、打鉆、凍結(jié)施工單位等驗收人員驗收認可后方可下管。第五，凍結(jié)管耐壓試驗：凍結(jié)管下置完成后，必須按“規(guī)范”要求進行水壓動壓試漏。水文管連接處必須嚴實，不滲漏并保證同心度。水文孔按照設(shè)計要求下好水文管后，及時用鉆桿壓入清水沖洗水文管，直至管外返清水，以保證水文觀測孔的施工質(zhì)量。測溫孔下管時不得灌水，并嚴格按凍結(jié)孔施工標準進行施工，測溫孔要求不滲不漏。

3.2 制冷施工主要技術(shù)要求

根據(jù)平面布置圖測量放線，按基礎(chǔ)圖規(guī)格、尺寸要求施工。凍結(jié)站安裝形式為雙級壓縮系統(tǒng)。安裝前對所有的設(shè)備、閥門檢修完好，各種管路清理干凈，所用的機具準備齊全，做好設(shè)備就位、找平、找正工作。凍結(jié)鹽水系統(tǒng)安裝中，特別注意供液管安裝質(zhì)量，按設(shè)計的配重連接下放供液管，羊角及連接短節(jié)魚鱗管要按工程科下達的規(guī)格加工和插入連接方式的要求，確保牢固、防止脫落。試壓、保溫：制冷三大循環(huán)系統(tǒng)安裝完畢后，嚴格按《煤礦井巷工程質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50213-2010）要求進行壓力試驗和真空試漏。試壓合格后對冷凍機低壓管路和鹽水系統(tǒng)管路、鹽水箱、中冷器等低溫管道、設(shè)備、閥門等隔熱保溫包扎，確保隔熱性能。井筒開挖通過測溫孔、水文孔數(shù)據(jù)計算，分析凍結(jié)壁發(fā)展狀況，綜合分析確認凍結(jié)壁已滿足開挖條件后，才能開挖。開挖過程中，繼續(xù)加強井幫溫度等各項檢測工作。嚴格控制段高和井幫暴露時間。根據(jù)凍土發(fā)展狀況和凍結(jié)壁溫度，在凍結(jié)壁厚度達到設(shè)計要求，滿足井筒安全掘砌施工時，適時減少開機臺數(shù)和供冷量，轉(zhuǎn)入維護凍結(jié)。

4 結(jié)束語

巴愣煤礦作為一座新型的大型現(xiàn)代化礦井，在施工過程中也積累了一些經(jīng)驗，在實際施工過程中高度重視凍結(jié)工程的施工，積極應(yīng)用現(xiàn)代化施工技術(shù)，做好施工前準備工作，有效完成了前期工作，在今后的施工過程肯定會遇到各種技術(shù)問題，一定做好后期的檢查工作，嚴格依照施工工藝技術(shù)要求來施工，從而為巴愣煤礦建設(shè)施工提供質(zhì)量保障，為我國的施工技術(shù)總結(jié)經(jīng)驗，為其他類似礦井的建設(shè)提供有利技術(shù)。

參考文獻：

[1]許晉斌.巴愣煤礦立井井壁結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究與實踐[J].礦業(yè)裝備，2014（4）：98-99.

[2]馬靖.淺述巴愣井田水文地質(zhì)特征、涌水量計算及存在問題[J].西部探礦工程，2015，27（6）：156-159.