陈四楼矿深冻结井施工.pdf

漾 1 “r ／文 2 q 笺 甚 墨 l 建 井拄术 1 9 9 4 , t 2 工程拄术 ’ 陈 四 楼 矿 深冻 结 井 施工 中煤特殊凿井公司 堕 安t惟北 市 1 概述 陈四楼煤矿年产 2 4 0万 t 。 矿井初期建设 三十 井筒 中 ， 主 副 井采用冻结 法施工 ， 先磙 结 主井 ， 后 磙结副 井 ， 风井采用钻井法施工． 陈四楼主 、 副井均为差异冻结 ， 两井筒分 别穿过 3 6 9 m 和 3 7 4 ． 5 m 厚冲积 层， 其中粘土 层厚分 别 为 2 5 3 ． 4 m 和 1 9 9 ． 2 m， 在 2 2 0 m 以 下赋 存多层粘土层 ．粘土层为固结粘土 ，易 膨胀 、强度低 、掘砌过 程中易变形 ．有引起 井壁开裂和 冻结管 断裂 事故的隐患．陈四楼 主 、副井冻结设计技术参数如下 球 结设 计参黄 主井 I I 井 冻结探 度 ／ m 4, 0 0 ／ 4 , 2 3 0 5 ／ 3 5 防片帮 孔豫 ， m 1 2 0 l 3 0 井 筒净 直径／ m s 6 s 井壁 最大厚 度 ／ m l 6 1 ． 8 井筒 垒探／ m 4 8 8 ． 5 s l 1 3 球结孔布 置 曩径／ m l 5 ． 3 1 9 ． 2 防片 帮孔 布置 曩径／ m 9 ， 6 l 1 ． 5 设 计盐 水 丑度／ ℃ 一 3 0 ⋯3 Z ∞～ 一3 2 设 计砗土 平均 遵度 ， _c l 0 1 0 2 主 、副井冻结取得的成 效 2 ． 1冻 结及 掘 砌 情 况 主井 1 9 9 0 0 2 1 9开始 冻结 ，冻结 6 1天 盐水温度降 至 一3 0 “ C， 冻结 9 7天三层岩层中 的 水文 孔 相继 冒水 。7月 2 6日主井正式 开 挖 ，1 9 9 1 0 5 2 3顺利掘完冻结段 ．接 着套砌 内井壁 ， 7月 2日停止冻结 ． 副井于 1 9 9 0 ． 0 7 一 l 8正式冻结 ．由于冷却水不足等原 因．冻结 1 6 3夭盐水 温度达 到设 计要求 ． 冻结 1 8 5天 ． 三岩层 中水文孔相继 冒水 。副井于 1 9 9 1 ． 0 2 0 l正式 开挖 ，l 2月 5日顺利掘砌完 冻结段 ． 1 ≮ 1 2月 2 4日停止 磙结 。 主井 由于 防片帮孔 开 冻时就 投入运 转 ， 井筒开挖后 井帮明显见冻土 ． 井 筒掘深 1 1 5 m 时，井帑温度达 一7 ℃，冻土入荒径 1 ． 5 m 以 上 。 井筒掘深 1 2 0 m 时 即超过 防片帮孔深度 后 ， 井 帮温度为 0 ℃左右 ， 故掘砌速度较快 ， 1 1月份 创 月进 8 4 m 纪 录 。井筒 掘 到 1 9 0 m 时，井帮温度 ～1 ℃左右 ，井 帮明显见冻土 ， 这 期问 主 要 由 于盐 水 温度 较 高 一 2 8 ℃左 右 ，冻土发展速度较慢 。井筒 在 1 9 6 m处掘 进荒径 由 7 ． 2 5 m变 为 8 ． 3 m。2 2 0 m 处 ，井帮 温度 一3 ℃左右 ．冻土 入荒径 0 ． 8 m左右 。后 采取强化冻结 ， 冻土发展较快 ， 2 5 0 m处 井帮 温度 达一4 ℃ ， 冻土入荒径 1 ． O m 以上 ． 3 2 0 m 处 ， 井 帮温度 达 一5 ． 5 ℃，冻土入荒 径 1 ． 3 m 以上 ．掘至次生灰岩层时 井筒 已陈实 ．此段 与基岩均 采用钻爆 法施工 ． 副井 由于 防 片帮 冻结孔 在 井筒 冻 结 8 7 天后才投入运转 ，井筒 开挖 后未见冻土 ，掘 至 4 5 m 时才见 冻土 。井筒掘深 1 2 5 m 时 ，井 筒掘 进荒径 由 8 ． 4 m 改为 9 ． 6 m．井筒掘 深 1 2 8 m 时 ， 井 帮 温度 为 一6 ． 9 ℃． 冻土 入 荒径 1 ． 4 m 以上 ． 井筒 掘深 1 3 0 m时即穿过 防片 帮 孔后 ， 井 帮温度 在 O C左 右 ， 此时创造 了月进 1 0 1 ． 2 m纪录 ． 掘 至 2 0 0 m， 井 帮温度为 O C左 右， 井筒掘到 2 4 0 m， 井帮温度一1 ． 5 ℃左右， 已见 冻土 ．井筒在 2 5 0 m， 掘进 荒径 由 9 ． 6 m 改为 1 0 ． 2 5 m，井帮温度 一2 “ C左右 ．井筒掘 至 2 7 5 m 时 ， 井 帮温度 为一2 ～ 一3 ． TC， 冻土 入荒径 0 ． 6 ～1 ． 0 m。3 2 0 m 井 帮温度 一3 ． 7 ～ 一 6 ． 8 ℃， 冻土入荒 径 1 ～1 ． 7 m． 掘至次生灰 岩层时井筒 已冻实 ． 主、副井外 壁均采用固定段高的整体下 维普资讯 ‘ 工 爱 技术 建 井 技术 1 ％ 9 4 2 滑模 板 旌工 ， 主 井2 5 ～ 1 9 4 ． 4 m掘 进段 高 为 2 ． 2 m．井筒变径后 ， 在 2 0 1 2 6 6 m 掘进段高 为 2 ． 8 m， 2 6 6 m 以下掘进段高 2 ． 2 m． 耐井在 8 I ra 以下掘进段高均 在 2 ． 4 m． 2 ． 2 井 筒在 粘土层 中掘砌 措施 1 9 9 0 - 1 2 3 1主井掘至 2 6 6 m 时 ，东西方 向发生 片帮和工 作面底臌 。经 实测 在 1 8 h内 底 臌 2 O 0 t 3 [ i 1 3 1 ． 此 时 为 钙 质 牯 土 ． 掘 砌 段 高 2 ． 8 m， 井帮温度 一3 “ C， 冻土 入荒径 0 ． 7 ～ 1 ． O m． 冻结壁有效厚度 为 6 ． 3 m． 其表现 状况 与发生断管先兆一样 ．在此情况下 ，我 们研 究确定采取如下措施 井筒继续 掘砌 ．同时加强冻结 ，使盐水 温度降到一3 2 ℃以下 ，并保证冻结孔中盐水 畅 通 ； 缩小段 高 ，将段高 由 2 ． 8 m 改为 2 ． 2 m。 同 时缩 短井 帮暴 露 时 间 。每个 段高 争 取 在 3 0 h以 内施 工 完 I 对粘土层井帮位移加强观测 ．井帮单向 位移不得超过 5 0 ram， 否则需采取相应措施 ． 由于采取了上述措施 ，主井顺 利通过 丁厚 粘 土层，且未发生断冻结管事故．副井吸收主 井施工经验 ，也安全顺 利通过 冻结段 ，实现 了施工全 国最 深 冻结 井筒 不断 冻结 管 的 目 标 ． 3 体 会 冻结管断裂是威辫井筒施工安 全的 主要 问题 ． 而 造成 冻结管断裂 的原 因是多方面 的 ， 如冻结壁的厚度 和强度 、掘进 段高 、空 帮时 间 、钻孔质量、冻结管材质等 冻结管断裂多 发生在易变形的厚 牯土层 中．陈四接主 、副 井能顺利地通过几层厚牯土层 ．未发生 冻结 管断裂 ． 除增加了冻结 壁的强度和厚度 外 ， 还 由于采用 了小段高快掘砌的作业方式 ．该两 井厚粘土层施工状况如附表 ． 附 表 粘 土屡冻 结施 工状 况 井筒掘砌段高的大小 ，直接影响 冻结壁 强度及其稳定性 ．如谢桥矸石井 ．断管发生 在 4 ． 3 m 的段高 I 潘三东风井 ， 四次断管均发 生在大 于 6 ． 4 m 的段高 ． 陈四接主 、 副井掘砌 段 高较小 ，段高为 2 ． 2 ～2 ． 8 m．而且 每个段 高 的掘 砌循环时 间控制在 3 0 4 0 h以内． 陈四接主 、副井和谢桥主 、副 井均 为深 井 冻结 ，在通过深部厚牯土层时 ．采用 了两 种不 同冻结施工方法 ．谢桥主 、副井使用延 长冻结 期降低盐水温度 ，进行强化冻结 。并 要求井帮温度在一l 0 ℃以下、 冻土入荒径 2 m 以上才 可进 行 井筒 掘砌 ．如 主 井 井筒 掘 至 2 0 0 m 时 ， 停止掘砌 ， 在盐水温度 一3 3 ℃以下 冻结 8 6天 ．副井恢复冻结 ， 同样采用 了这种 方法 ．而 陈四搂主 、副井 ，只有在通过深部 厚牯土层 时，采用 了一3 2 “C以下的低温盐水 进行冻结 。其它土 层采用一2 8 ～ 一3 0 ℃的盐 水温度进行冻结 。井筒掘砌继续进行 ．两矿 冻结施工控制方 法不同 ．都没有发 生冻结 管 断裂 ． 可是陈四楼主、副 井冻结期相对较短 ． 故其施工 方法相对较 优． 青任编辑盛业荣 维普资讯