548m深立井全基岩冻结施工技术

关键词： 风井 立井 井筒 工程

1 工程概况

胡家河煤矿是由陕西彬长矿区开发建设有限公司开发的矿井, 设计生产能力为500万吨/年, 立井开拓, 工业场地内布置主、副、风三个井筒。我单位承建风井井筒冻结工程。风井净直径7m, 深538.4m, 表土层埋深17.51m (含7m回填土) , 根据风井井筒地质特征, 风井井筒需全基岩冻全深, 冻结深度为548m (含7m回填土) 。

2 冻结施工设计

针对胡家河煤矿风井井筒的地质特征, 为了保证冻结壁有效厚度, 以冻结壁能够保证连续安全掘砌施工为原则, 采用主冻结孔加防片帮孔的冻结方式。冻结设计参数见表1。

3 冻结施工

3.1 钻孔施工

风井冻结孔施工于2007年10月26日开钻, 于2008年4月9日竣工, 采用2台DZJ-500/1000冻注钻机和2台TSJ-2000E水源钻机作业, 完成钻孔54个, 总进尺21721m, 200m以上最大孔间距为1.993m, 终孔最大孔间距为2.854m, 均小于“设计”要求, 主冻结孔下置冻结管规格为:200m以上为Φ140×5mm无缝钢管, 200m至300m为Φ140×6mm无缝钢管, 300m以下为Φ140×7mm无缝钢管。防片帮孔下置冻结管规格为Φ140×5mm无缝钢管, 经打压试漏, 全部合格。

3.2 冻结站安装

(1) 胡家河煤矿风井冻结站采用新型螺杆压缩机双级压缩制冷, 安装H J L GⅢTA250型螺杆冷冻机6台作为低压机, 安装HLG20ⅢDA185型螺杆压缩机6台作为高压机, 设备总装标准制冷能力为1038万大卡/小时。附属设备见表2。

盐水系统:管路采用Φ377×9mm无缝钢管单去单回方式。盐水泵选择12SH-6型水泵2台, 备用一台。盐水总循环量608m3/h, 其中主冻结孔盐水流量为12m3/h～14m3/h, 防骗帮冻结孔盐水流量为10m3/h。

(2) 冻结站运转及监测:冻结站于2008年6月17日开机运转, 运转后, 合理调节机组及附属设备运行, 是盐水温度降温符合“设计”和“规范”要求;为了保证冻结站设备及盐水系统正常运转, 按照设计使理想的冻结壁早日形成, 确保施工安全, 在施工中及时对各项指标进行检测, 主要有: (1) 盐水温度检测, 在盐水去、回路干管上各安装一个温度计, 以检测去回路温度, 检查整个盐水系统的工作状况。 (2) 各冻结器检测, 在每个冻结孔回路上安装一个温度计, 以检测每个冻结孔回路温度, 检查每个冻结器工作状况。 (3) 盐水流量检测, 使用流量计对每个冻结孔的盐水流量进行检测, 以保证每个冻结孔的流量在满足设计要求下运转。 (4) 测温孔温度检测, 使用CW-2型计算机测温系统对测温孔温度进行实测, 以掌握各水平不同时间冻结壁温度场及其变化规律。 (5) 水文孔水位检测, 通过水文孔水位检测, 与参考井水位相比较, 掌握冻结状况及水位变化情况。 (6) 纵向温度检测, 使用点温计对冻结管内盐水进行纵向温度检测, 反应冻结器是否畅通, 掌握各水平上的整体扩展状况。 (7) 井帮温度监测, 在每个掘进段高, 使用半导体单点数字温度计, 实测测井帮温度, 以直观掌握冻结状况, 判断冻结壁的可靠性, 预测工作面以下冻土发展情况, 及时调整冷量, 为掘进创造良好、安全的施工条件。

3.3 冻结效果

胡家河风井冻结站于2008年6月17日运转, 水文孔孔深117m, 报道117m以上含水层交圈情况, 于2008年7月21日水文孔水位冒出地面管口。经分析, 冻结壁厚度和强度达到设计要求, 满足掘砌需要, 于2008年7月28日开挖, 较设计提前14天。开挖后, 为确保掘砌多挖“糖心”, 且确保下部冻结壁厚度及强度, 于2008年8月8日掘进至20m时关闭防片帮孔, 加大了主冻结孔流量。从实测井帮温度 (见表3) 及井筒掘砌过程的各项指标显示, 冻结效果良好。

4 经验与体会

胡家河矿井属全基岩冻结, 在保证井筒掘砌安全的条件下, 实现了井筒提前开挖, 快速施工。

(1) 合理的设计是缩短工期, 确保井筒冻结质量的关键。胡家河矿布置主、副、风三个井筒, 其中主副井均采用单排孔冻结方式, 冻结管距荒径距离分别为2.5m、3m。风井采用主冻结孔加防片帮孔方式, 主冻结孔距荒径距离为2m, 防片帮孔距荒径距离为1m。在三个井筒掘进至17m, 即表土层与基岩交接处, 地层为碎石、河卵石, 含水量较大, 主井出现严重偏帮现象, 经处理掘砌通过;副井不但出现偏帮现象, 在砌外壁时出现“脱裤子”情况, 严重影响了施工速度, 且存在安全问题;而风井由于设计合理未出现类似现象, 掘砌正常。 (2) 提高钻孔质量, 严格控制钻孔偏斜是加快井筒冻结速度的前提。 (3) 合理分配冷量, 是加快冻结速度的有效途径。风井施工过程中, 根据测温数据分析后, 在掘进20m时准确及时的关闭防片帮孔, 以控制冻土向内发展, 加大下部地层的供冷量, 即为掘进提供了良好的掘进条件, 且确保了下部冻结壁厚度及强度。 (4) 工程技术人员在施工过程中, 对各项指标的认真检测、分析, 发现问题及时解决, 是确保冻结质量和速度的有力保障。风井冻结施工, 由于防片帮孔与主孔孔深相差496m, 防片帮孔只有52m, 盐水循环速度快, 在检测冻结孔盐水流量时, 发现防片帮孔流量远大于设计的10m3/h达到18m3/h, 而主孔却达不到要求, 为此, 采取措施降低防片帮孔盐水流量, 增大主孔盐水流量, 使之达到设计要求。 (5) 重视关键地层风井井筒在509m～535m有26m深的深厚煤层, 为确保井筒掘砌安全, 在该层合理调整机组, 加强冻结, 并检测冻结孔纵向温度, 确保该煤层冻结质量。 (6) 科学管理, 与甲方、监理、掘砌单位密切配合, 是施工顺利的保障。

摘要：胡家河煤矿风井冻结深度548m, 冲积层只有17.51m, 属全基岩冻结, 通过科学设计, 精心施工, 提前达到开挖条件, 满足井筒连续掘砌施工。本文介绍了胡家河煤矿风井冻结施工的技术措施, 为今后类似地层施工提供参考。

关键词：全基岩,冻结,施工技术