斜井井筒冻结法凿井的施工关键问题分析
摘要：斜井井筒冻结凿井工艺在施工中有其独特的技术特点，在施工中应当对施工的关键问题进行明确，即在冻结阶段以及开凿阶段两个不同的施工内容中控制关键性问题，对凿井前的冻结孔施工以及开凿支护等工艺进行全面控制，这样才能保证作业的效率和效果。
中国论文
关键词：斜井井筒；冻结技术；冻结施工；斜井开凿；施工关键技术 文献标识码：A
中图分类号：TD265 文章编号：（2015） DOI：10.13535/ki./n.2015.0395
冻结凿井的技术来自于德国，主要是针对地下含水量不稳定的地质情况，随着技术发展我国将其应用在斜井上。随着西部开发的拓展，其地质情况不允许采用注浆法进行施工，所以冻结法被应用于孔隙大且含水丰富的地层上，在实践中获得了一定的成果。
1 冻结施工的关键问题分析
1.1 缓凝水泥浆的配置
在实际的施工中水泥浆是关键的辅助材料，因此在实践中应当对水泥浆的配置进行设计，保证水泥浆的初凝时间，同时保证终凝的强度。此时应根据实际的施工情况配比选择水泥浆的缓凝剂比例，根据实验检测井的情况进行分析对比，最终形成稳定剂和缓凝剂的比例。
1.2 泥浆的现场配置
按照试验的结果，考虑现场井深的情况以及地质复杂性，加上水泥浆注入后的失水问题，在现场拌合前应对灰水比进行调整，并在现场测试后确定最后的灰水比，根据泥浆的置换高度要求，确定单孔置换水泥浆的缓凝水泥的比例，以此形成最后的拌合比例。
1.3 冻结孔封固
水泥浆在搅拌之前必须保证泥浆按照比例下料，并在拌合前对孔内的情况进行检查，保证冲孔以及清理完成，然后开始进行拌合并泵送如冻结孔中，保证一次性完成，浇筑完成后应立即将泥浆泵吸管转入到泥浆池并压入一定量的泥浆方可完成操作，随后就应将冻结管
下沉。
2 斜井冻结的技术工艺措施分析
2.1 表面冻结施工
斜井冻结段施工采用的多为分段施工的工艺，冻结和掘砌之间相互配合，每个冻结段都会设置水文观测点，通过对温度和水文测试来了解冻结的工艺情况，掌握各个区域的冻结情况，并进行测试挖掘，此时应减量缩短掘砌的长度、通过测定孔内的温度可以了解孔内的冻结厚度，进内的温度满足连续施工的要求时才能进行施工，即转入正常的掘进。施工中可以分为两个阶段进行，即采用台阶法。利用工具进行掘进，并配合出料。同时应注意的是表层开挖时应配合安全措施，利用锚、槽钢等进行保护，防止冻结的井壁发生变形，初期挖掘应控制在一定的距离内，并进行观察，防止出现蠕变的情况。
2.2 风化基岩的施工
斜井随着掘进的开展会进入到风化区域，巷道开挖可采用台阶法，工人利用工具进行开挖，如果遇到作业困难时可以利用其他方式进行开展，如钻爆法施工。采用简易的打孔工具进行凿孔，并控制一定的深度和范围，避免对冻结层产生较大的干扰和影响。多数爆破应为浅层爆破，在施工中应严格控制打孔的深度和爆破范围，尤其是在周边进行打孔时更应注意炮孔与冻结层的距离。
2.3 掘进施工
进行斜井挖掘采用的是一次性支护的形式，利用钢制的骨架作为支撑，建立扶棚，在顶部设置均的钢筋作为支架，然后利用钢筋拉杆进行连接。顶部采用钢筋格进行布置，方便进行混凝土喷射，施工中支护上部的混凝土喷涂后的为130mm，选择强度等级为C25的标号。永久性的支护选择的是混凝土材料的井壁。冻土掘进的过程中，选择专业挖掘设备进行施工，辅助人工进行死角处理。在掘进中按照冻土土质选择掘进计划，通常八小时进尺500mm左右，按照实际情况确定。针对冻结的砾岩层或者基岩层进行掘进，采用台阶松土爆破技术进行，同时应注意爆破的参数，防止对冻结层或者冻结管产生破坏，必要时选择人工进行辅助掘进配合挖掘机作业的综合挖掘方式。
2.4 二次衬砌施工
冻结段斜井的井壁需要进行二次支护，选择的是钢筋混凝土的井壁。支护厚度按照设计要求，选择570mm，单层钢筋采用热轧钢筋，横向竖向选择螺纹钢。浇筑混凝土的强度为C45。施工中应控制二次衬砌的衔接质量，采用液压的模板车辅助施工，衬砌端选择长度20cm。从掘进面的后部开始施工。布置移动式牵引车，液压伸缩模板车采用大型组装模板，利用机械螺栓进行顶杆作业，保持模板的稳定性和精度。浇筑过程中应保持稳定浇筑，保证表面质量，作业循环时间为30小时，选择这样的井壁加固方式可以最大限度地提高机械效率，并节约工期。
2.5 关键技术控制
2.5.1 冻结阶段技术控制。斜井进行冻结施工的过程中，其冻结孔设置的数量较多，每一个冻结孔所采用的盐水循环量以及进出口的温度是不同的，因此在冻结的过程中应对其进行合理的设计与控制。冻结壁的平均温度和强度都应进行监测和控制，以此保证冻结作业的效果达到设计要求，因此这一过程是保证斜井冻结施工的重要问题。所以在施工中应对三个冻结阶段的冻结孔数量以及盐水泵送的流量、盐水干管和冻结管规格、冻结孔盐水的流量等进行合理的平衡与分配，并按照实际用量冷冻站制冷机组的设备进行选择和确定，指令效果以及制冷量进行分配。按照三个冻结阶段制冷量的转换以及需要制冷量的改变来动态化地控制制冷以及冻结过程、现场对盐水干管、冻结管温度以及不同深度的温度监控，并配合制冷站的工作状况以及技术参数等，这些都应进行24小时的监控，并随时分析冻结的效果，并对问题进行分析与解决。现场施工提供技术指导应进行实时化检测，实际现场监测，各冻结管盐水流量为10～12m3/h，冻结壁平均温度为-10℃～-8℃。实践证明，井帮温度在-6℃左右时，其冻结壁强度和稳定性均能满足冻结井筒的掘砌安全要求。
2.5.2 开挖与支护效率提高。在施工中冻结施工的局限性是冻结的强度以及环境温度的改变会影响开挖效率以及安全性。所以在开挖过程中应当重点提高井筒冻结段开挖一个棚距后，随即采用扶棚、铺、喷浆一次支护，及时封闭井筒外围冻土，防止冻土长期暴露风化导致冻结壁位移导致冻结管切断漏盐水、冻结壁开天窗等问题。加快挖掘和一次支护速度，减小冻结井帮的暴露时间，是防止冻结壁变形、冻结管切断，确保冻结段安全施工的关键技术。由于井帮温度低，喷射混凝土内需添加抗冻早强剂。经现场实施，在井筒垂深为51.5～57.2m的膨胀性黏土层内，由于对开挖暴露的井帮及时支护和封闭，减小冻结壁的暴露和蠕变时间。在井帮和井壁之间，增加1层50mm厚泡沫板，起到隔温和缓冲作用，在冻结施工中，未发现1根冻结管断裂事故和井壁变形破坏现象。
3 结语
在采用斜井井筒冻结法进行施工的过程中，一方面应保证冻结开凿的施工工艺，另一方面则应保证冻结施工中的质量，因为冻结施工是冻结凿井的关键，在施工中应当重视对这两个关键问题的处理，这样才能有效地保证凿井作业的效果。
参考文献
[1] 刘彦杰，张贵民，曹忠常.大直径全深冻结立井机械化配套快速施工[J].建井技术，2014，（4）.
[2] 徐文波，李振东，高清.查干淖尔主斜井冻结技术探讨[J].煤炭与化工，2014，（1）.
[3] 姚直书，薛维培，宋海清，邓昕.富水松软岩层冻结法凿井井壁结构试验研究[J].广西大学学报（自然科学版），2014，（4）.
作者简介：王金海，供职于中煤西安设计工程有限公司，研究方向：采矿。
（：蒋建华）