金桥煤矿深厚表土层冻结凿井施工研究

巨厚表土层井筒冻结与凿井关键技术李超;李东峰【摘要】对近700 m厚表土层冻结法凿井关键技术进行研究,解决了近700 m厚表土层冻结法凿井的理论、设计、施工关键难题.建立了新的冻结壁弹塑性设计理论、研发了“分散布管”冻结技术,确定了合理的CF80钢纤维混凝土的配合比,开发了CF80钢纤维高强混凝土井壁施工技术.项目成果成功应用于龙固煤矿北风井冻结凿井工程,综合成井62 m/月,冻结段综合成井90 m/月以上,冻结段单月最高进尺130 m,创造了冻结法凿井通过表土厚度世界纪录(675.6 m).【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】4页(P90-92,104)【关键词】巨厚表土层;冻结技术方案;凿井;快速施工;倒模法施工【作者】李超;李东峰【作者单位】河南煤炭建设集团有限责任公司,河南郑州450009;河南煤炭建设集团有限责任公司,河南郑州450009【正文语种】中文【中图分类】TD265.3国外冻结法凿井技术的表土层厚度纪录为571.2 m(前苏联雅可夫列夫铁矿2号井)，国内纪录为587.5 m(山东郭屯矿井主井)。

通过长期分析研究，攻克了我国近700 m厚表土层冻结法凿井技术难题，创造了冻结法凿井通过表土层厚度世界纪录(675.6 m)，为井工开采我国近700 m厚表土层下的矿物资源扫除了技术障碍，使我国的冻结法凿井技术水平跨上了一个新台阶[1-3]。

龙固煤矿北风井井筒设计净直径为6 m，井筒深747.797 m，井筒工程合同价约9 440万元。

其中：表土层厚度达675.6 m，冲积层和基岩风化带采用冻结法施工，冻结深度730 m。

基岩段采用普通凿井法施工。

冻结段井壁厚度900～2 200 mm，基岩段井壁厚度1 250 mm。

支护方式为冻结段双层钢筋混凝土复合井壁；基岩段双层钢筋混凝土复合井壁。

外层井壁和内层井壁580 m以下采用CF80高强钢纤维混凝土。

济宁市金桥煤矿矿井施工组织与管理1 矿井概况济宁市金桥煤矿矿井设计年产量300万吨采用立井单水平开拓，矿井主副井位于井田中央，主井井筒净直径5.5m（7.0m）、井深550m（650m），副井井筒净直径6.5m（8.0m）、井深520m（630m），风井井筒净直径5.0m（6.0m）、井深450m（550m），所穿过的岩层主要是f=4~6的砂岩和页岩，稳定性一般，局部地段有涌水，井筒表土层较薄，厚度约为6~10m，井筒井壁厚度500mm，为现浇混凝土结构，井筒采用普通法进行施工。

矿井开拓系统如下图所示。

副井主井井底车场主要石门运输大巷采区下部车场采区上部车场及绞车房回风大巷风井运输上山轨道上山运输顺槽轨道顺槽切眼主、副井贯通巷道2 矿井施工方案2.1 矿井施工方案矿建工程包括井筒、井底车场巷道及峒室、主要石门、运输大巷及采区巷道等全部工程，其中部分工程构成了全矿井延续距离最长，施工需时最长的工程项目，这些项目在总进度计划表上称为主要矛盾线或连锁工程。

采用方案：单向掘进施工方案由井筒向采区方单方向顺序掘进主要矛盾线上的工程，即当井筒掘进到底后，由井底车场水平通过车场巷道、石门、主要运输巷道直至采区上山、回风巷及准备巷道，这种施工方案称为单向掘进方案。

其优点是：建井初期投资少，需要劳动力及施工设备少；采区巷道容易维护，费用较省；对测量技术的要求相对较低；建井施工组织管理工作比较简单。

其缺点是：建井工期较长；通风管理工作比较复杂；安全施工条件较差。

该方案主要适用于：开采深度不大，井巷工程量小，采用前进式开拓，受施工条件限制，施工力量不足的中小型矿井。

2.2 井筒开工顺序开工顺序：主副井同时开工，风井滞后开工。

适用条件：主副井深度基本相同，井筒穿过的地质条件较好，主副井到底时间相当，主副井施工方案相同（但主副井同为冻结凿井时，一般应间隔开工），工业广场准备条件具备，副井井筒较浅，采区贯通工程量较小。

开工间隔时间一般视采区贯通工程量和风井的深度确定，一般可选主副井同时开工后1-6 月风井再开工。

冻结法凿井表土段爆破技术研究与应用普通钻爆法在某矿副井冻结段的应用证明，只要爆破参数选取合理，相关措施处理得当，不仅能够避免爆破对冻结壁、冻结管的破坏，而且極大降低工人劳动强度，提高生产效率，缩短施工工期，有效满足现场生产需求。

希望通过文章的介绍，对相关工作提供借鉴。

标签：冻结法凿井；快速施工；普通钻爆法引言冻结法凿井在施工过程中由于冻土进入开挖荒径，导致人工掘进施工难度大，施工进度慢，劳动强度高，无法满足生产需求；而冻结段普通钻爆法施工技术的引入不仅降低了工人劳动强度，而且从根本上解决了施工效率问题，有效保证现场生产进度。

1 施工概况某矿副井井筒设计净直径Φ7.5m，井深1000.7m。

冻结深度725m，表土段厚536.65m。

井筒施工掘砌至冻结段外壁绝对标高-443.75m处时，每模循环时间超过67小时。

根据现场对井帮温度及冻土入荒实测数据分析，该段井壁井帮温度达到-16℃以上，井筒已完全冻实。

拟采用普通钻爆法施工替代人工掘进施工。

2 爆破参数及爆破方式2.1 爆破参数冻结段普通法爆破参数表冻结段普通法预期爆破效果表2.2 爆破方式使用直眼掏槽，中深孔光面爆破。

每循环放炮、出矸时间控制在16个小时左右，正规循环时间不超过40小时。

3 配套设施采用FBD-8.11伞钻打眼、配备Φ49mm麻花钻杆、Φ55mm金刚石钻头钻眼，CX55小型挖掘机及中心回转抓岩机装岩、出矸。

4 保证措施（1）严格按照爆破图表标定眼位开眼。

（2）严格控制钎子偏斜和炮眼深度，以保证各炮眼之间的平行度。

（3）掌握当前阶段冻结管的偏斜状况，控制周边眼成孔角度。

（4）放炮期间严格控制盐水管路关闭与开启，并观测盐水漏失情况。

5 问题与处理爆破期间炸药受低温以及炮眼中水结冰、体积膨胀而引起的乳化炸药的静压减敏从而导致拒爆现象频现，致使无法达到预期爆破效果，施工过程中采用如下措施，成功解决拒爆问题，取得良好效果。

（1）将炸药放入PVC管内后再放入炮眼利用PVC管隔绝炸药与外界接触。

立井井筒深厚表土层冻结段外壁大断面变径掘砌施工技术分析摘要针对杨村矿井副井井筒冻结段外壁施工过程中三次大断面变径施工实际技术参数分析研究，围绕立井井筒深厚表土层冻结法方施工工艺，地质条件参数变化，冻结壁温度及荒井壁稳定等几大关键技术统计分析工作，满足了安全快速施工的需要，为我国立井井筒在深厚表土层冻结段外壁大断面变径掘砌施工积累了成功的经验。

关键词立井井筒；深厚表土层；冻结段外壁；大断面变径0 引言立井冻结段施工在我国已有50年的历史，对于400m以上的深厚冲积层一般采用双层钢筋混凝土复合井壁施工方式。

随着井筒深度的增加，冲积层土压、水压的增大，井筒内、外壁井壁厚度，砼强度、钢筋规格尺寸等材料相应加大。

因此，为有效增加内层井壁厚度，确保满足冲积层水压、土压等相关载荷，在立井井筒深厚表土层冻结段外壁施工过程中，应根据合理的地质层位采用变径掘砌施工。

通过杨村煤矿副井井筒在绝对标高-169.6m、-269.6m和-379.6m三次变径掘砌施工过程中，对地质条件、冻结情况等技术参数统计分析，为立井井筒深厚表土层冻结段外壁大断面变径掘砌施工技术积累了经验。

1 工程概况国投新集能源股份有限公司杨村煤矿，位于安徽省淮南市凤台县杨村乡。

设计年生产能力5.0Mt/a，覆盖于煤系地层之上的新生界松散层较厚。

副井井筒设计净直径Ф7.5m，井深1000.7m。

表土层厚度536.65m，冻结深度725 m，掘砌井深715m。

其中锁口（+26.7～+21.7m段）；冻结段内/外井壁支护：钢筋混凝土井壁；内/外壁厚：（+21.7～-169.6m段）600mm/600mm、（-169.6m～-269.6m段）750mm/750mm、（-269.6～-379.6m段）950mm/950mm、（-379.6～-541.1m段）1150mm/1150mm、（-541.1～-551.1m段）整体浇筑2300mm；内/外壁砼强度：从上向下依次为C30、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75；外层井壁与冻结壁之间铺设25～75mm聚苯乙烯泡沫板；内外壁间设计敷设两层δ=1.5mm×2HDPE塑料板；（-670～-680m段）1000mm/300mm、（-680～-715m段）700mm/300mm，砼强度为C50。

安徽理工大学科技成果——特厚表土层冻结法凿井关键技
术研究及其应用
应用领域
深厚冲积层冻结法凿井技术适用于在厚粘土层、厚流砂层、地下水大流速地层和膨胀地层中的建井工程，最大冻结深度达到1000m 以上，可以施工煤矿主、副竖井、风井及其他工程的井筒。

技术内容及特点
冻结法是在深厚不稳定含水地层采用的最为常用的特殊凿井方法。

新建矿井多具有穿越表土层深厚（400m-700m）、地压大、地质条件复杂等特点，如淮南矿业集团丁集矿，井筒穿过表土层厚532米左右；山东巨野矿区龙固矿，井筒穿过表土层厚度为546米，口孜东矿冻结深度达到717米等，因此多采用冻结法施工井筒。

该技术针对深厚冲积层含粘土层特厚、井径大、地质水文条件复杂的具体情况下，攻克了深厚冲积层冻结法凿井施工关键技术，创出了目前穿越表土层最深、单层粘土层最厚的快速、高效施工的国内最好成绩，确保井筒冻结段施工的顺利完成。

主要技术经济指标
冻结段外壁采用掘砌混合作业方式，使用整体下行式金属活动模板配铁刃角架砌壁，根据不同土性，段高分别采用 3.5m（砂层）和2.4m（粘土层）。

内壁施工采用多工序平行交叉作业，使用11套金属组装模板循环倒模。

在吊盘的下方悬挂一辅助盘，在井筒内形成4个工作平台。

在吊盘上层盘进行塑料板铺设工作、中层盘进行钢筋的绑
扎、下层盘稳模浇灌、辅助盘拆模洒水养护井壁。

集成了一套从冻结工程、掘砌工程到信息化监测的冻结法凿井关键技术，包括：冻结井内外壁高强、高性能混凝土配制、冻结方案优化、冻结钻孔评价、冻结工程监测与预测、掘砌施工优化、井壁监测和井壁可缩性接头设计等一系列成套技术体系。

浅谈某煤矿冻结法凿井施工技术[摘要]通过冻结法凿井冷冻孔施工技术在冲积层较厚的煤矿建井施工过程中的应用，简要的介绍了冻结和凿井施工中所采取的技术措施。

[关键词]深厚表土层井筒冻结防片帮孔1工程概况该煤矿某井设计井筒净直径5.5m，深409.5m。

井筒表土段厚349.7m，采用冻结法施工，冻结深度382m。

冻结段井壁为双层钢筋混凝土结构，外壁厚450～700mm，内壁厚500～850mm，混凝土强度等级C30～C50。

表土段内、外层井壁间敷设1层1.5mm厚的塑料软板，外层井壁与井帮之间铺设25～50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板。

井筒冻结壁设计厚度5.6m，冻结盐水温度-28～-32℃。

冻结设计控制层位为表土段下部粘土层，冻土平均温度-15℃。

冻结时间井筒试挖前估算为65d，试挖后为145d。

井筒冻结孔设计采用1圈主孔+2圈辅助孔的三圈孔布置方式。

主圈冻结孔采用差异冻结方式，冻结深度360m/382m。

辅助孔综合考虑井筒掘砌速度、冻结时间、冻结壁厚度及整体强度、防片帮等要求，采用双圈插花布置方式。

其中外圈辅助孔穿过基岩风化带，深355m；内圈辅助孔深130m。

冻结孔布置参数见附表。

冻结管均为低碳无缝钢管。

主圈孔冻结管规格为φ133mm×（6～7）mm，内箍焊接连接；辅助孔冻结管规格为φ159mm×6mm，内箍焊接连接。

供液管均为φ75mm×6mm 塑料管。

井筒于2011-09-19完成冻结钻孔施工，09月20日开始冻结。

至11月4日开机冻结46d后，水文孔全部冒水，表明冻结壁已交圈。

11月12日井筒试挖，11月26日正式开挖。

至2012-01-25，360m井筒掘砌外壁工程及16m壁座工程完工，表土段掘砌外壁平均月成井120.5m，最高月成井152m（2011年12月）。

2主要施工技术措施2.1冻结工程2.1.1采用合理的冻结方案井筒冻结孔设计采用1圈主孔+2圈辅助孔的三圈孔布置方式。

★科技大观★冻结法凿井的若干问题研究中煤国际咨询公司　叶　湘 摘　要　介绍了冻结法凿井技术的原理及适用条件,从影响掘进段高的因素、风动机具使用时的压风除湿、冻土掘进的方法、冻结管断裂、工作面底鼓与冻结壁变形和冻结井壁破裂等方面,探讨了冻结井筒施工中的问题。

关键词　凿井技术　冻结法施工　问题探讨1　冻结法的发展概况及在我国的应用冻结法起源于天然冻结。

由于人工制冷技术的发展和应用,产生了人工冻结。

1862年英国南威尔士在建筑基础施工中,首先使用了人工制冷加固土壤。

1883年德国工程师波茨舒(F 1H 1Poetsch )在德国阿尔巴里得煤矿,用冻结法开凿了深度为103m 的井筒,获得了冻结法凿井技术专利。

之后,该项技术传播到世界上许多国家。

前苏联从1928年开始使用冻结法,到前苏联解体时,采用冻结法凿井数目已超过400个,成为当今世界上采用冻结法凿井规模最大的地区之一。

冻结法广泛应用于矿井建设、地基基础、水利工程、地下铁道、河底隧道等工程施工中。

冻结法在矿井建设中多用于立井的开凿,也用于其它地下工程的不稳定地层或含水极丰富的裂隙岩层施工。

通常,当地下水含盐量不大,且地下水流速较小时(流速v <17～10m s ),均可使用冻结法。

井筒直径大小和深度基本不受限制。

冻结深度是冻结法凿井施工技术高低的一个重要标志。

目前,各主要使用冻结法凿井国家的最大冻结深度如下。

英国为390m ,加拿大9.5m ,波兰725m ,比利时638m ,德国628m ,前苏联620m ,法国550m ,中国435m ,荷兰338m 。

我国煤矿于1955年在开滦林西风井首次使用冻结法凿井,井筒净直径5m ,冻结深度105m 。

此后,冻结法凿井技术逐渐推广到东北、华北、华东、中南地区。

到1998年,冻结凿井数目共430余个,累计冻结深度70km 以上,最大冻结深度435m (河南永夏矿区陈四楼煤矿主井),冻结法凿井所通过的第四纪地层最厚为383.1m (山东金桥煤矿副井)。

深厚表土层井筒建设工程进度影响因素分析【摘要】煤矿建设工程是煤矿企业的基础，而井筒是矿井的咽喉，是矿井建设工程的重要部分。

本论文结合井筒建设的具体实践，对井筒建设工程的质量进行控制，并在保证质量的基础上提高建井速度。

从而为新建矿井的建设提供参考依据，实现优质高效建井的目标。

【关键词】深厚表土层；井筒建设；影响因素；控制方法引言煤矿井筒在建设过程中施工条件复杂，工程技术要求高，受地质、水文等众多因素的影响，工程质量瑕疵和建设速度缓慢是井筒建设中的常见问题。

由于建井时间长，工程建设进度难以准确估计，设计依据的地质情况经常与估计的不符，因而影响井筒的掘进速度和工程量。

如何提高井筒工程建设速度，成为新建矿井过程中的关键问题。

本文总结了设计施工方面对建井速度的影响因素，并以某矿为例，探讨了矿建设计方案的选择，并提出施工技术的改进措施。

1 设计施工对建井速度影响因素1.1 施工技术先进的冻结技术为快速施工奠定基础。

虽然我国是采用地层冻结法凿井穿过含水层和不稳定的松散层最多的国家之一，但是由于黄淮地区表土层厚达400m～700m，采用冻结法施工建井穿过深厚土层，在冻结技术方面将面临世界性难题。

同时根据以往冻结法成井穿过厚表土层的施工经验，在厚层粘土段，特别是在深部含水量低、具膨胀性的厚第三系粘土层段，由于其中的水大都为吸附结合水，冻点低，冻土强度低，该段井筒施工时，常发生冻结管断裂，开挖时冻结井壁位移大。

1.2 冻结质量井筒的冻结质量对建井进度也有很大影响。

以前冻结井开挖时间，以水文观测孔内的水位有规律上升并溢出孔口，确认冻结壁己经交圈后即可开挖。

但过早开挖，会造成冻土墙未进入荒径，易发生片帮。

随着冻结深度的加大，在深部厚粘土层中冻结管断管事故明显增多。

断管严重危及工程安全，甚至导致工程失败，严重阻碍了井筒的建设进度。

因此，如何保证井筒冻结质量，成为提高建井速度的一个重要问题。

1.3 设计方案矿井设计方案直接关系施工的速度，为缩短工期，减轻企业的还贷压力，矿井建设，尤其是保障井筒建设速度最为重要。