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钻井法与冻结法凿井技术对比研究 汪正云 安徽理工大学,安徽 淮南 232001 摘 要 在厚度达百米以上表土不稳定含水地层中建设竖井井筒,为了保证开凿围岩的稳定,必须采取特殊的方法进行施工。地层冻结法和 钻井法是深厚表土不稳定含水地层中施工井筒的有效方法。本文分别进行了介绍并进行比较。 关键词 钻井法凿井 冻结法凿井 技术对比 风险分析 中图分类号TD262.1 1 文献标识码 A Drilled and freeze sinking technology contrast studies Wang Zhengyun Anhui University of Science and Technology Abstract Build a vertical shaft in unsteady water epipedon stratum, For the stability swear to dig a surrounding rock , must adopt peculiar carrying out construction. The epipedon to several meters or several tens meters does not stabilize aquiclude , may adopt the construction reducing general underground engineerings such as water level , board pole , drapery and open caisson. But , thickness amounts to hundred meters of unsteady the above epipedon aquiclude , above - mentioned is difficult to come true , That the stratumfreezes law and the borehole law is effective pit shaft being under construction in deep unsteady water epipedon stratum。The main body of a book be to be and carry out comparison there is a first step known to this two kinds . Key words Drilled Freeze sinking Technology contrast Risk analysis 1 简介 1.1 钻井凿井法 钻井法是用钻头破碎岩石,用洗井液进行洗井排 碴和护壁,当井筒钻至设计直径和深度以后,在洗井液 中进行支护的机械化凿井方法。目前约有20 的井筒 采用钻井法进行施工。钻井法按施工情况可分为两 类 1 井筒尚未钻到井底车场设计标高,井筒还没有 与已掘出的巷道连通,故钻出的岩屑必须自井筒排至 地面 ;2 井筒与已掘出的巷道相连,钻出的岩屑可通 过超前孔溜至井筒底部的巷道内。 1.2 冻结凿井法 冻结法是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰, 把天然岩土变成冻土,在冻结壁的保护下进行井筒或 地下工程掘砌施工的特殊施工技术。 我国自1955年应用冻结法凿井至今,就技术而 言,经历了几个阶段 1自1955年至70年代中,主要解决冻结法应用 基本技术和工艺。 2至80年代中,以 “一钻二壁” 为中心进行技术 攻关,解决了500m深井冻结有关技术和理论,使我国 具备了建设500m冻结立井条件。 380年代至今,主要解决二大技术难题沉降地 层中井壁结构和深厚粘土层冻结凿井技术。 4从现在起进入第四发展阶段,主要表现在三方 3 收稿日期2008 - 03 - 18 作者简介汪正云,安徽理工大学建筑工程学院06级研究生。 面① 攻克700m超深冻结凿井技术关键;②提高500m 内深井冻结技术综合效益;③研究解决城建等冻结工 程的有关基础和技术问题。 2 技术对比 钻井法凿井具有打井不下井的独特优势,是一种 劳动强度低、 安全可靠的井筒先进施工方法,技术水平 发展很快。仅仅几年时间,就从仅能施工几十米的小 型井筒发展到90年代采用国产煤矿专用大型钻机,施 工钻井Φ9.3m,深50Om左右的深大井筒,在钻进工艺、 破岩刀具、 钻进参数监测、 泥浆临时支护井帮,以及井 筒支护技术等方面,都取得了迅速的进步,实现了全套 设备国产化,全部工序机械化,综合技术达到国际先进 水平。 冻结法施工其主要的技术包括冷冻站的安装、 钻 孔的施工、 井筒冻结、 井筒掘砌,在复杂和特殊地层施 工中具有很大的优越性 1适应性强。它适应于各种复杂地质及水文地 质条件下的任何含水地层的土层加固,并且基本不受 基坑形式、 平面尺寸和深度的影响。 2支护结构灵活、 易控制。可根据不同地质条 件、 环境及场地条件灵活布置冻结孔、 调节冷媒水的温 度,从而获得高质量的冻土帷幕,特殊情况下还可以采 用液氮进行快速抢险,与盐溶液人工冻结法相比,液氮 人工冻结法具有温度低、 冻结速度快、 冻结强度高、 无 污染等优点。同时可通过地温监测指导施工,符合现 代信息化施工的要求。 3隔水性好。它本身就是地下水的控制系统,防 88 山东煤炭科技 2008年第4期 渗性能是其它施工方法无法相比的。 4对环境影响小。它充分利用土体自身的特点, 材料是土体本身,对地下水及周围环境无污染,冻结壁 解冻后,冻结管可回收,地下土层恢复原状,对地下工 程较为有利。 3 风险分析 3.1 钻井法凿井的风险分析 1钻机效能低,影响施工进度,并且钻杆、 刀具的 强度低,容易出现疲劳断裂 ;2 成井偏斜率大,影响井 筒端面利用率,以致于影响整个凿井的成败 ; 3 泥浆 性能差,出现泥包钻头现象,同时,失水量和泥皮厚度 也出现失控现象,粘土的膨胀量变大,还有钻孔缩径现 象发生 ;4 钻井井壁结构形式及设计理论均难以满足 设计与施工要求,造成井壁塌陷等重大事故的发生; 5因壁后充填质量不过关,不乏因少部分泥浆没置换 出来,导致因破壁拨门时喷浆及锅底下沉,拉裂下部井 壁,连接处出水的工程实例 ; 6 井壁漂浮下沉过程中 失稳。 3.2 冻结法凿井风险分析 1在冻结钻孔施工中,钻机性能跟不上要求,不 能满足深冻结孔施工要求,以致影响工期。 2冻结壁强度不够,1987年以来,在华东地区,先 后有30几个厚表土层中竖井井壁发生横向环状破裂, 严重影响安全。 3制冷系统跟不上要求,对凿井进程造成影响。 4井壁结构设计不合理,产生断管等重大事故。 通常技术上出现问题,安全就得不到保障。因此, 对风险的控制最关键的就是要技术上过关,主要措施 有① 提高全员质量意识,同时提高人员的技术素质; ② 要严把材料质量关;③ 做好关键技术的质量控制,包 括一些细节上的质量,比如说温度控制,还有成品的养 护质量控制。 4 结论 通过对两种凿井法的比较可知,两种凿井法各有 利弊,所以不能简单地断言哪种凿井法更为有利。实 践中要结合各地层的具体情况,合理地使用两种凿井 法。冻结法 、 钻井法在深厚表土层中建凿井筒时广泛 应用,冻结法还应用到建设斜井、 城市地下铁道、 过江 隧道的引道工程,钻井法不只开凿井筒,在高层建筑桩 基础、 大桥墩桩、 高架公路基墩工程中也广泛应用。 参考文献 [1]洪伯潜 深井钻井法凿井及其支护技术的现状与发展 煤炭学报出 版社1997.12 [2]沈仁为530m特厚冲击层冻结法凿井关键技术分析 煤炭技术出 版社2005.10 [3]洪伯潜 我国深井快速建井综合技术 煤炭科学技术出版社 第34 卷第1期。 [4]贾翱翔 冻结法凿井井壁结构的探讨 煤炭工程出版社2006第2 期 [5]顾大钊,王义海 钻井技术试验研究 中国矿大出版社 上接第87页侧,在压茬即后一硐调采与前一硐调 采而形成的错距方式上采取了大茬压小茬的方式,先 从工作面下端头开始,工作面每向前推采一硐,将拉茬 位置上移一次,直至工作面上端头,拉线取直工作面溜 子后,再重新从工作面下端头开始向上进行第二循环 的调采工作,如此循环反复,直至工作面调采结束。 4 对随茬处采取特殊的顶板支护方式 影响调采工作成功与否的另外一个重要因素是对 随茬处的顶板支护管理。由于随茬处的工作面溜子前 移宽度不均匀,这在采用单体支柱配铰接顶梁正悬臂 支护的工作面,极易出现支柱支设不正规,顶梁出现倒 悬臂而造成面前空顶距离增加,从而诱发面前局部冒 顶的可能,留下安全生产的隐患。为此,对于随茬处的 顶板支护管理,主要采取以下几种措施 1规定了工作面溜子前移超过0.3m时必须整修 回料,以防此处空顶面积过大,造成事故。 2铰接顶梁出现等悬臂或倒悬臂时,必须在紧贴 原棚位置上方单生根支设一梁一柱,并在此基础上向 老塘侧倒挂梁,支设一柱和原棚并列使用,在老塘回料 时和原棚一并回出。 3如随茬处改棚宽度超过4m时,必须在工作面 人行道往老塘切顶线上每4m保留一宽度为0.6m的安 全出口,以利于回料人员的安全。 5 需解决好的几个问题 如要顺利达到调采的目的,还必须解决好以下几 个问题 1为保证在调采过程中工作面铰接顶梁始终垂 直于煤壁,需要在工作面新一排支柱支设过程中及时 调整顶梁的角度。 2调采过程中必须始终在工作面材料巷内准备 一定数量的单体支柱和铰接顶梁,以满足工作面上下 端头和随茬处添棚的需要。 3工作面溜子上下端必须在调采过程中及时调 整,以满足工作面运煤和行人的要求。 4上下两巷超前维护在调采过程中必须及时撤 除,其拖后工作面切顶线距离不得超过1m。 98 2008年第4期 山东煤炭科技