液氮凍結技術在井筒封水搶險中的應用

【摘要】隨著經濟社會的持續快速發展，液氮凍結技術的應用迎來了前所未有的重大發展機遇，如何采取有效技術措施，強化液氮凍結技術在井筒封水搶險實踐中的運用成效，成為業內廣泛關注的焦點課題之一。基于此，本文首先介紹了液氮凍結技術的基本應用原理，分析了液氮凍結技術在井筒封水搶險中的應用要點，并結合相關實踐經驗，分別從多個角度與方面，提出了優化液氮凍結技術應用效果的有效措施，闡述了個人對此的幾點淺見，望對液氮凍結技術的運用有所裨益。

【關鍵詞】液氮凍結;井筒封水;搶險;應用

當今社會，豎井施工工作面臨著新形勢與新要求，使井筒封水搶險的難度系數更高，必須客觀審視液氮凍結技術在實際應用中的客觀現狀問題，找準問題薄弱環節與根源，多措并舉，綜合施策，切實提高井筒封水搶險最終整體效果。本文就此展開了探討。

1、液氮凍結加固原理

在水含量一定的土體中預先設置凍結管，通過液氮在凍結管內的膨脹氣化作用，吸收土體中的大量熱量，降低土體中的熱能，使其周邊溫度迅速降低，直至進入凍結狀態，最終形成具有較高強度、較高密封性的凍化土體，此即液氮凍結技術的基本過程。隨著周邊溫度的上升，為鞏固凍結效果，可繼續往凍結管中補充液氮，保持凍化土體堅固穩定。由于凍結管的布設可以結合現場實際，因此可通過科學合理的布設方法，使所形成的凍化土體具有較高載荷性能，起到良好的密封防水作用，為后續暗挖施工操作提供良好環境條件。凍結效果的好壞，與土體含水量、冷凍管間距、液氮蒸發量大小等因素密切相關。

2、液氮凍結技術在井筒封水搶險中的應用

2.1凍結方案的制定與實施

液氮具有較強的惰性與穩定性，液氮凍結技術的實施過程相對便捷，可獲得穩定的土體凍結效果，且對外界環境的影響較小，基本沒有污染物排放。在當前工程施工領域，液氮凍結技術已經被廣泛應用于搶險堵水、處理突發事故、處理特殊底層等方面，并取得了良好的實踐應用效果。在井筒封水搶險過程中，應首先掌握分析工程難點，有針對性地確定液氮凍結施工方法。在凍結參數設置方面，應根據土體性質的不同，設置半徑大小合適的凍結土地圓柱半徑，并嚴格控制凍結深度，通常控制在地下50-150m左右。對于液氮槽車供液溫度與壓力同樣應合理設置，充分滿足施工需求。在凍結系統方面，將符合井筒實際的觀察管作為凍結孔，凍結管可選用一般性能的普通凍結管或無縫不銹鋼管，向下預埋到一定深度，并利用液氮槽車進行連續供液，避免供液過程中斷，使最終形成的凍結效果更趨穩定。在監測系統方面，主要包括液氮進液溫度監測、回氣溫度監測、液氮供液壓力監測、液氮流量監測等內容。通過實施必要的凍結檢測，可為調節液氮槽車壓力、優化供液速度等提供基礎依據與參考。

2.2凍結效果的形成與觀測

在液氮凍結實施中，應確保事先預設的凍結管內充滿液氮，并根據監測數據，調整優化操作技術參數，使凍結效果的形成更加平穩。對于供液溫度而言，在凍結操作初期應采用低溫氮氣對管道進行預冷，防止溫度下降劇烈而導致的冷凍管損毀。在管道預冷完成后，可進行正式凍結操作，降低供液溫度，實施穩定供液。由于凍結初期階段凍結管等管路的溫度略高，液氮無法形成徹底氣化效果，而隨著后續管路溫度的降低，氮氣回氣溫度會出現明顯波動，而在凍結操作的中后期，則回氣溫度趨于穩定。為有效掌握凍土的形成情況，應在開挖面處的水文管外壁布設測溫點，動態化掌握水文管壁溫度變化，形成溫度監測曲線，判定凍結效果發展趨勢，掌握凍土圓柱發展情況。

3、優化液氮凍結技術應用效果的有效措施

3.1充分結合施工現場實際，制定詳細實施方案

為提高液氮凍結技術應用最終效果，必須事先對施工現場環境進行充分考察，全面掌握可能影響液氮凍結技術應用過程的諸多客觀要素，根據實際凍結需求，檢測土體中含水量的多少，合理布局凍結管，調整優化冷凍管間距，測定環境溫度的起伏波動情況，科學掌握液氮蒸發量。在液氮凍結技術實施方案初步擬定后，應采取初試方法進行試驗，排除實際操作中的各類潛在影響，使最終形成的凍結效果更加穩定可靠。

3.2密切跟蹤監測凍結效果，強化凍結過程控制

液氮凍結技術的運用環節與步驟相對適中，影響干擾要素多種多樣，有的是顯性要素，有的是隱性要素，若對這些影響要素控制不當，則極易導致凍結效果不佳，影響土層穩定性與堅固性，不利于井筒封水搶險工作的順利實施。因此，應對凍結過程進行密切跟蹤監測，及時觀察發現凍結效果，若發現凍結出現偏差，則應第一時間采取有效技術措施，予以優化調整改進，防止局部性的凍結偏差擴散蔓延成為系統性凍結缺陷，強化凍結過程控制的實際應用效果。

3.3提高液氮凍結操作人員綜合素養

在液氮凍結技術應用過程中，操作人員始終扮演著不可替代的關鍵角色，是執行具體操作規程，落實各項凍結要求的直接實施者，其綜合素養高低與凍結結果密切相關。對此，在正式實施液氮凍結施工前，必須對操作人員進行專項培訓與學習，豐富其專業基礎理論知識，強化液氮凍結各項操作技能，牢固樹立風險意識、責任意識、質量意識，提高液氮凍結缺陷問題的辨識能力與反饋能力，為始終不斷優化液氮凍結效果提供良好保障。

結語：

綜上所述，受技術方法、人為操作、客觀環境等方面要素的影響，液氮凍結技術在實際應用中依舊存在諸多薄弱環節與不足之處，制約著井筒封水搶險效果的優化提升。因此，技術人員應該從井筒封水搶險的客觀實際需求出發，充分遵循液氮凍結技術的基本應用規律，創新應用方式方法，優化技術應用過程控制，充分彰顯液氮凍結技術整體應用價值，為優化井筒封水搶險效果奠定堅實基礎。

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作者簡介：

戚偉，1981年1月28日，男，漢族，安徽省淮南市，中煤特鑿有限責任公司路橋分公司 助理工程師，井筒凍結。