浅谈义桥煤矿主井厚砾岩层冻结施工.pdf

收稿日期 2006 - 04 - 27 作者简介刘二龙1970 - ,男,河北平山人,工程师,现任中煤第一 建设公司特殊凿井处党委副书记。 技术经验 浅谈义桥煤矿主井厚砾岩层冻结施工 刘二龙 中煤第一建设公司 特殊凿井处,河北 邯郸 056003 摘要分析了砾岩层的特殊性,介绍了义桥煤矿主井厚砾岩层冻结施工方法。建议在遇到类似地层时,可调 整冻结设计参数,以达到较好的冻结效果。 关键词砾岩层;冻结施工;交圈;设计参数 中图分类号 TD265134 文献标识码B 文章编号 1003 - 05062006 03 - 0041 - 02 1 工程概况 义桥煤矿位于山东省汶上县境内,一对立井开 拓。设计年产量45万t,主井净直径510 m,冻结深 度290 m,冲积层深度25117 m。该矿主、 副井虽相 距仅50 m,但地质条件相差很大,特别是主井在冲 积层下部有一4518 m厚的砾岩层,副井下则没有。 对于砾岩层冻结施工,国内尚属首次。因此,从设计 到施工均进行了深入的分析和研究,施工中取得的 技术数据则为类似地层冻结提供了依据。 2 冻结设计 主井冲积层底板埋深25117 m。其中砂类地 层118199 m,占第四系总厚度的47;粘土类地层 132171 m,占第四系总厚度的53 ,单层粘土最厚 达21115 m。砂质粘土层和含砾粗砂层采用多姆克 公式,冻结壁厚度为2183 m;而粘土层采用维亚络 夫安全掘进段高公式,冻结壁厚度为319 m。主要 设计参数见表1。 设计特点① 主孔差异冻结;② 设内圈辅助孔和 加强孔,并且在同一圈径上。这样既解决了井筒上 部早开挖不片帮问题,又解决了下部交圈连续施工 的问题,从而快速、 安全通过冻结段。 3 冻结施工 主井2003年4月18日开机冻结, 43 d时盐水 温度达设计要求- 28℃,最低达- 30℃。由于加强 表1 主要设计参数 序号项目主井 1井筒净直径/m510 2冻结段井壁厚度/m110 3冻结方式主孔差异 4冻结深度/m290 5冻结壁平均温度/℃- 10 6冻结壁厚度/m 粘土层 砂层 319 2183 7孔深/m 主孔 辅助孔 加强孔 256/290 254 105 8布孔圈径/m 主孔 辅助及加强孔 13. 2 8. 8 9冻结孔数/个 主孔 辅助孔 加强孔 32 9 26 10主孔间距/m 开孔 终孔 1. 294 4. 3 11辅助孔及加强孔/m开孔01789 12冻结孔向井心偏斜主孔、 辅助及加强孔均 ≤015 13测温孔/个 m - 1 1/105, 1/256, 1 /290 14水文孔/个 m - 1 1 /95 1/200 15积极期盐水温度/℃- 28～- 30 了内部管理,在冻结27 d时水文孔水位开始有规律 上涨, 51 d浅水文孔水位冒出管口, 69 d深水文孔 水位冒出管口,说明冲积层主要含水层均已交圈,冻 结壁已形成。于6月2日下达开挖通知,当施工到 131 m时,粘土层井帮温度为- 2～- 3℃ 。冻结60 d时关闭上部107 m加强孔,减少上部供冷量,加强 冲积层下部及基岩冻土的扩展,冻结140 d井筒掘 至208 m,砂层井帮温度- 810～- 915℃,掘至238 m时井筒冻实。冻结状况正常,开创了冻深290 m 井筒、45 d就开挖的先例。 14 2006年第3期 中州煤炭 总第141期 4 测温预报 2003年4月18日主井开冻,到8月25日已冻 结128 d, 8月2日 ～25日测温数据统计见表2。 冲积层以下地层冻土发展速度缓慢,通过数据 分析推算下部冻结壁不交圈,需多方位进行检查。 表2 测温数据统计 深度 /m 温度/℃ 8月2日8月4日8月7日8月9日8月11日8月13日8月15日8月17日8月19日8月21日8月23日8月25日 230- 412- 415- 517- 511- 418- 512- 517- 616- 619- 610- 710- 715 245- 312- 315- 411- 410- 410- 413- 418- 512- 516- 418- 515- 612 251117114011- 011- 011- 012- 017- 112- 117- 110- 115- 118 258518515415319410318313310217315210318 29012171214111810181110101710121011919111510151110 5 施工检测 经过测温数据分析, 251 m以下砾岩层冻土发 展速度慢,冻结壁难以交圈,重点检查以下工作。 1深孔流量检测。关闭辅助孔后,深孔流量9 m 3 /h,达到设计要求。 2在冻结器羊角处检测盐水回路温度,测试 结果温度没有突变点,属正常。 3测冻结孔纵向温度,测点加密到每3 m一 点,根据数据做温度竖曲线,没有突变拐点,属正常。 4加强车间内部管理,使盐水去路温度保持 在- 26℃ 左右。用标准温度计校核盐水路温,防止 误判。 5原测温工作坚持正常进行,另外在测温孔 内下单点测温线,重点检测251 m以下地层因为 251～290 m同为砾岩层。测试结果见表3。 表3 测温统计结果 深度/m 温度/℃ 9月17日9月18日9月19日9月20日 253- 7- 712- 713- 712 270218217216214 285117115113113 6 情况分析及应急措施 1实际施工钻孔终孔间距318 m,根据测温数 据推算,251 m以下冻结壁不交圈, 251 m粘土层冻土 发展速度12 mm /d, 270 m砾岩层冻土发展速度515 mm /d,285 m砾岩层冻土发展速度5～7 mm /d,砾岩 层冻土平均发展速度仅6 mm /d,降温速度慢。 2施工单位掘进到248～249 m时,停止掘 进。先打钻探水,根据实际情况确定下一步工作,并 备好相应的排水设施及吊挂装置。 3由业主组织监理及有关地质、 水文地质专 家到原存放检查钻孔岩芯的仓库,实物分析砾岩层 产状结构和颗粒组成。 7 揭露基岩层时温度现状 经打钻探水证实,刚进入基岩风化层时,未见到 水出现。9月21日施工到249 m时,工作面大部分 为粘土,西边先见到岩石,风化基岩抬高218 m被揭 露。9月27日掘至2581 5 m 已冻结163 d ,井帮温 度东712℃,南515℃,西512℃,北615℃。当掘到 261 m时,在井帮西北向向外打800 mm深孔,温度 仍为312℃,钢钎打断,停止试探。进一步探明砾岩 层无水,掘进再次进入正常循环作业。 8 体会 从冻结效果看,因砾岩地层特殊,冻土发展速度 慢。由于没有水,所以冻结壁难以闭合,从井下提出 的岩石确实很干燥,无水判断再次得以证明。该砾 岩地层砾石以玄武岩为主,观测钻孔柱状可知,粒径 以3 cm居多,最大10 cm。也见到多孔似炉渣状砾 石,胶结物为凝灰质物质,该砾岩层厚4518 m,是火 山喷出后的堆积物,形成猪血状似炉渣孔洞,而且裂 隙不发育,孔洞不串通,岩芯致密,几乎不含水,致使 砾岩层导温系数小,冻土发展速度慢。 责任编辑秦爱新 24 2006年第3期 中州煤炭 总第141期