全深冻结井筒快速施工技术的应用探析

马 骥 马金宝 张学如（陕西正通煤业有限责任公司，陕西 咸阳 713600）

全深冻结井筒快速施工技术的应用探析

马 骥 马金宝 张学如
（陕西正通煤业有限责任公司，陕西 咸阳 713600）

摘 要：随着国家经济的发展，国家对煤炭的需求也在逐渐增大，虽然目前新能源的开发在一定程度上减少了对煤炭的依赖，但是，就目前而言，暂时还没有煤炭的可替代能源，并且，煤炭在国家的经济发展中也占据着重要的地位。而随着国家煤炭开采技术的发展，冻结法成为井筒通过复杂地层时采用最多的施工技术之一，有效的提高了凿井过程中的降水效果，但是，我国该项技术起步相对较晚，对于全深冻结井筒的快速施工技术的问题研究相对还较少，还存在众多的问题，影响着煤矿凿井的发展，因此，本文将着重论述全深冻结井筒快速施工的技术及其应用，以期对该项工作有所启示和借鉴。

关键词：全深冻结井筒；快速施工；应用解析

在我国煤炭资源开发初期，由于我们的工艺技术不成熟，加之对深厚富水基岩地层的认识不足，大多数采用普通的凿井方法，在遇到水时，就采用注浆或降水等措施，强行的通过含水层，造成开采次数率低，堵水的效果不好，并且引起排水的困难，使得注浆或降水等措施屡屡失败，例如嗒然﹑高勒的等煤矿在注浆堵水失败后，采用冻结法凿井，大大的延误了工期，降低了开采效率，同时还造成重大的经济损失。

图1 我国冻结法凿井施工规模增长状况

目前，我国采用冻结法凿井的深度已达将近900m，取的了辉煌的成就。例如高家堡矿井，采用立井开拓方式，施工全深冻结法进行，其主﹑副﹑风井的冻结深度分别为788m﹑850m﹑860m，也是目前我国最深的软岩冻结井之一。而高家堡矿井井筒穿越的岩层的地质条件复杂，对井筒冻结﹑壁厚﹑掘砌之间的配合的研究，直接关系到快速施工的效果，还影响到矿井建设的成本。因此我们有必要进一步深入的研究全深冻结井筒快速施工的工艺技术，以为实践中提供理论指导。

一﹑我国全深冻结井筒快速施工技术的发展概述

全深冻结井筒快速施工技术在我国发展起步较晚，自1955年从波兰引进该技术以来，大致经历引进推广阶段﹑探索改进﹑完善提高阶段﹑深层冻结法凿井研究和应用探索阶段等几个发展阶段，目前我国的全深冻结井筒施工深度可以穿过600m深厚冲积层，使得冻结深度达到一个新的增长点，并且在将近600m冲击成冻结壁和井壁设计﹑冻结工艺等方面取得了一些系列的成果，使得我国的该项技术以位列前茅。但是其系统性的规范工作还有待开展。目前，冻结法凿井技术在我国各大矿井上广泛的应用，并且已经成为煤矿井筒穿过冲积层﹑软弱地层等含水层时的主要施工方法，并且随着凿井施工规模的增长，冻结的深度也越来越深，从施工规模上来看，从我国引入冻结法以来，采用该技术建立建成的立井井筒968个，井筒的累计长度达到22.7万m，井筒的最大资金达10.5m，施工规模是世界上最大的。从冻结的深度来看，西部地区可达到850m，东部地区达800m，而部分矿井如甘肃的核桃峪矿副立井净直径为9m，冻结深度为950m，超越英国的930m世界冻结记录。近年来，我国冻结法凿井技术发展迅速，在煤矿的发展中发挥了重要的作用。随着新技术﹑新设备的应用，使得我国冻结法凿井工艺发展到世界的领先的水平。

二﹑全深冻结井筒快速施工案例分析

1 工程概况

高家堡煤矿矿井，副井井筒设计净直径Ф8.5m，冻结深度850m，井筒深度841.5m。钢筋混凝土双层复合井壁支护。根据钻孔地质资料显示该井筒所经历的地质特征依次为：侏罗系下统富县组（J1f）﹑中统延安组（J2y）﹑直罗组（J2z）﹑安定组（J2a），白垩系下统宜君组（K1y）﹑洛河组（K1l）﹑华池组（K1h）及第四﹑三系地层（Q+N）。并且属高沼气矿井，经检验，地下水化学类型为：第四﹑三系含水层水质为HCO3-Na型，矿化度846.53mg/L；洛河组含水层水质为SO4·HCO3-Na型，矿化度1179.64mg/L；延安组含水层水质为SO4·Cl-Na型，矿化度3178.13mg/L。

2 施工方案

外壁采用短断掘砌混合作业方式，井筒内部全部冻实或进入基岩段，采用钻爆法施工，外壁砌筑采用液压伸缩整体移动式金属模板，高度为3.8m，采用一掘一砌的方式进行。内壁采用1m高的组合式金属模板，自上而下连续砌筑施工方式。表土段支护方式为钢筋砼砌碹﹑单层井壁，基岩段支护方式为钢筋砼砌碹﹑双层井壁。外壁支护厚度为550mm，砼强度为C30﹑C40，内壁支护厚度为550mm，砼强度根据实际情况来选择。

三﹑全深冻结井筒快速施工技术应用的解析

根据上述的案例，我们在对井筒进行施工中，其主要工艺流程是掘进（机械挖掘或凿岩爆破）——出矸（抓岩机）——临时支护（围岩破碎时）——永久支护——清底。其不同的施工阶段具有需要有不同的技术支撑。

1 锁口及井颈段施工

井筒施工时采用临时锁口，当井筒掘够锁口设计的要求深度后，采用素砼进行自下而上砌筑作为井筒的临时锁口。每掘进1m或2m后，对井筒进行浇筑砼，同时，为了防止紧闭脱落，应当保证壁厚的密实，并绑扎钢筋进行上下节井壁之间的连接。在锁口施工完毕后，设置临时的封口盘，然后对剩余部分的井颈断进行施工，可采用短段高掘进施工的方法，在施工过程中，若碰到岩层不稳定，可以根据实际情况采用临时锚喷网支护，以保证施工的安全。此外，井颈段井壁采用现钢筋浇砼支护。对井筒每段采用1m高组合式金属模板自上而下进行连续掘砌。

2 掘进施工

爆破和钻眼是掘进施工的主要内容。在采用钻爆法施工中，炸药可选用乳化炸药，以防止冻结，并且该种炸药还可以提高炮孔利用率，爆破岩石块适中等效果，从而保证井筒成形取得光爆效果和减小对冻结管的震动。在实际的施工需要根据掘进中所碰到岩石的硬度来进行调整，以达到最优的爆破效果。需要注意的是，在施工前，需要根据冻结管的布置图来及时调整周边钻眼的位置，保证周边炮孔的洞距不小于1.2m，同时还要控制炸药的量，在引爆前注意关闭冻结器阀门，停止盐水循环，引爆后，注意检查井帮有无漏水现象，确认无误后，才能恢复盐水循环。

3 外壁砌壁施工

外壁采用钢筋砼支护结构，厚度为550mm，根据不同的段高，砼的强度等级不同，分为C30﹑C40两种。模板分为直模和刃脚两部分，刃脚上按钢筋设计位置留出搭接插孔，竖筋采用机械连接，环筋采用绑扎的防止，采用溜灰管输送混凝土进行施工。井筒的壁座在外壁施工时完成，并采用锚网喷进行临时支护，在进行内壁套筑时一并砌筑。

4 内壁的施工

在外壁施工完成后，对内壁进行施工，内壁套筑施工采用1m高组合模板，通常，可以采用平行作业的方式进行施工。模板组立完成操作平找正并固定牢固后，即可进行浇筑砼施工，在浇筑砼的过程中，要均匀对称下灰，在浇筑一定高度后，将钢筋接长，并绑扎环筋，然后继续立模板，直至套壁施工结束。

5 组立与拆卸外壁施工模板

一是外壁施工模板的拆卸。通过将风动液压泵站从井上送到井底，在保证接头干净的前提下，给油缸对上油管，接上风带，开启风动液压站和高压阀门，从而使油缸工作带动活塞内收，这样可使外壁施工模板顺利脱开。二是拆卸模板后，联系井上稳车房，下方模板到设定的位置，调整高压阀门至减压位置，这样使模板恢复到设计的标准尺寸，在模板找正稳固牢靠后，用矸石填实，同时为了防止跑浆，可撒一层砂，最后支护好手脚支架，这样模板组立完成。

6 浇筑砼支护的施工

在模板组立好并经检查符合设计的标准要求后，可进行分层对称砼浇筑，并随着浇筑来进行振捣工作。在浇筑砼的施工中需要注意的是，在浇筑前应把清理干净接茬处，并保持浇筑砼垂直入模，保证下料的均匀程度，并且振捣工作要分层﹑分区进行，保证砼的饱满密实。

结语

总之，该施工从2011年开工到2012年井筒顺利竣工，在施工期间实现了安全生产，并且运行良好，为高家堡矿井顺利奠定了基础。并且通过高家堡矿井冻结施工技术的成功运用，可以为其他矿井提供宝贵的经验。

参考文献

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中图分类号：TD262

文献标识码：A