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冻结法凿井快速施工技术在工程中的应用作者：孙蕾蕾赵明河魏奎来源：《城市建设理论研究》2013年第10期摘要：结合某煤矿中央回风立井冻结表土段凿井施工工程, 该井筒深1005m, 其中冻结段深618m。
介绍了在冻结法施工中所采用的综合机械化配套方案和多项新技术、新工艺、新设备, 实现了快速施工。
关键词: 冻结法；立井井筒；机械化配套设备；快速施工中图分类号: TD262 文献标识码: A文章编号:近年来，冻结法凿井施工技术应用越来越广泛，尤其对于冲积层较厚的煤矿建井施工能有效起到安全快速的作用。
所谓冻结凿井法（freeze sinking method），即是采用制冷技术暂时冻结加固井筒周围不稳定地层并隔绝地下水后再进行凿井的特殊施工方法。
1862年英国首先将人工制冷方法用于基础工程，1883年德国最早用人工冻结法开凿立井，我国是1955年首次在开滦林西煤矿开凿风井中开始应用。
冻结法是特殊凿井的主要方法之一，虽然需用设备较多，工期较长，成本较高，但安全可靠，施工技术较成熟。
现结合工程实例，就实现快速施工所采取的相关技术措施作简要探讨。
该煤矿中央回风立井, 井筒净直径7.5m, 深度1005m, 其中冻结段深度618m, 基岩段深度387m。
冻结段为双层钢筋混凝土井壁, 混凝土强度等级C50～C75。
井筒冻结段穿过第四系表土层, 主要以粘土和砂土为主。
1 凿井施工综合机械化配套方案井筒冻结表土段快速施工的关键环节是掘进、提升运输和砌壁；应根据井筒表土层实际情况和合同要求，合理选用能满足相应工序要求的施工设备。
选用综合机械化配套设备如下：CX55型挖掘机掘进，多台风镐、凿岩机、铁锹等刷帮,HZ-6型中心回转式抓岩机装矸。
主提升为2JK-4.0×2.1(Ⅱ)E型提升机，配单钩5.0m3 吊桶提升。
副提升为JKZ-2.8/15.5型提升机，配单钩4.0m3吊桶提升，座钩式自动翻矸；矸石落地后，铲车装载，自卸式汽车排矸。
浅谈冻结法与钻井法凿井论文导读：冻结法与钻井法凿井介绍立井井筒工程是矿井建设的关键工程。
在不稳定表土层中施工立井井筒，用普通的施工方法是不可以通过其表土层的，必须采用特殊的施工方法，如冻结法、钻井法、沉井法、注浆法、和帷幕法等。
我国目前主要以冻结法和钻井法为主。
2主要施工设备工作原理分析2.1冻结法人工制冷设备冻结法凿井分为钻冻结孔、形成冻结壁和井筒掘砌三大工序。
关键词：立井井筒，冻结法，钻井法，制冷设备，钻进设备1.冻结法与钻井法凿井介绍立井井筒工程是矿井建设的关键工程。
我国立井井筒的主要特点是井筒深度大、断面积大、表土层厚、水文地质条件复杂，导致其施工难度大、施工技术复杂、施工周期长。
立井井筒表土段施工方法是由表土层的地质及水文条件决定的。
立井井筒穿过的表土层，按其掘砌施工的难易程度分为稳定表土层和不稳定表土层。
在不稳定表土层中施工立井井筒，用普通的施工方法是不可以通过其表土层的，必须采用特殊的施工方法，如冻结法、钻井法、沉井法、注浆法、和帷幕法等。
我国目前主要以冻结法和钻井法为主。
冻结法凿井就是在井筒掘进之前，在井筒周围钻冻结孔，用人工制冷的方法将井筒周围的不稳定表土层和风化岩层冻结成一个封闭的冻结圈。
以防止水或流砂涌入井筒抵抗地压，然后在冻结圈的保护下掘砌井筒。
待掘砌到预计的深度后，停止冻结，进行拔管和充填工作。
钻井法是用钻头刀具破碎岩石，用洗井液进行洗井排渣和护壁，直到将井筒钻到设计直径和深度后，进行支护的机械化凿井方法。
2主要施工设备工作原理分析2.1冻结法人工制冷设备冻结法凿井分为钻冻结孔、形成冻结壁和井筒掘砌三大工序。
首先在未开凿的井筒周围打一定数量的冻结孔，其深度穿过不稳定岩层进入稳定岩层，在孔内安装冻结器。
形成冻结壁是冻结法凿井的中心环节，是岩层冷冻的结果。
人工制冷是通过冻结站的氨循环系统、盐水循环系统、和冷却水循环系统来实现的。
通常使用氨作为制冷剂。
利用氨由液态变为气态吸热的原理达到制冷。
煤矿冻结法凿井冻结壁厚度设计1引言我国于1955年在开滦林西风井开始用冻结法凿井以来，由于冻结法施工适应性广、施工速度快，安全系数高，因此在工程中得到了广泛的应用。
冻结法凿井技术在工程进展中不断得到完善，新设计方法、设计思路、设计理念也在不断完善，但仍存在着许多难以克服的技术难点，冻结壁设计厚度、强度过大不经济，反之，不能保证井筒施工安全，同样会造成经济损失。
冻结壁设计是深井冻结的关键问题之一。
2工程概况某煤矿风井井筒净直径7.5m，井壁的最大厚度为2.1m，表土深度479.14m，冻结深度532m，控制层位为粘土层441.8m。
3工程特点井筒检查孔揭露的地层自上而下有：新生界第四、第三系，二叠系上石盒子组、下石盒子组、山西组。
具体情况是：①井筒表土层深度479.14m，其中326.8m～461.9m左右几乎全是粘土，该粘土多为灰绿、灰黄、灰白色粘土夹粉砂质粘土、钙质粘土等，含水率低，膨胀性大尤其是第三系下部的深厚粘土层，冻结难度大。
②冻结基岩段含水丰富，抽水量较大，岩性强度偏低以泥岩为主夹薄层细粒砂岩。
③该地层中含盐量偏高，致使该冻结地层中的地下水冰点较低，不利于岩土胶结。
4冻结壁厚度设计冻结壁厚度及强度的大小，是井筒安全掘砌的关键要素，同时也是其他冻结参数设计的重要基础。
对本工程来说第三系下部的深厚粘土层上，地层含钙量高，膨胀性大，容易导致冻结管断裂，是冻结壁厚度设计关键所，按有关的冻结壁厚度计算公式分别计算其冻结壁厚度。
（1）按列别尔曼有限段高公式计算（2）按有限长粘塑性體强度条件计算（3）按国内经验公式计算，我国对冻结法施工的立井井筒冻结壁厚度进行了统计分析，得到公式如下：5 冻结壁的发展预测预测依据与假设条件：①掘进速度130m/月。
②外排发展速度设定：在外排孔未开起前按照当前速度实际冻土发展速度计算，外排开起后参照测温孔冻土发展速度计算。
③假定以后降温梯度与现在一致。
④冻结壁平均温度取值为：300m Tc=-15℃；350m Tc=-15℃；400m Tc=-17℃；450m Tc=-18℃。
中国冻结法凿井理论与技术综述李功洲【摘要】介绍中国冻结法凿井60余年发展经历的引进消化、探索改进、完善提高、创新攀高四大阶段,阐述中国在深厚冲积层冻结段井壁结构、井壁用C60~C100高强高性能混凝土、冻结壁设计理论体系、多圈孔冻结工艺、冻结壁形成特性工程预报与调控、冻结壁径向位移实测与掘砌段高调控、冻结段安全快速施工等关键理论与技术成就和现状,这些构成具有中国特色的深厚冲积层冻结法凿井理论和技术体系.还对冻结壁设计理论和发展、井壁结构设计与应用、冻结壁温度场理论与应用技术、深部立井基岩冻结和斜井冻结技术等方向存在的问题进行了展望和建议.【期刊名称】《建井技术》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】10页(P1-10)【关键词】冻结法凿井;深厚冲积层;冻结壁温度场;高性能混凝土;安全快速施工【作者】李功洲【作者单位】天地科技建井研究院,北京 100013;北京中煤矿山工程有限公司,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TD265.3Abstract：The paper presented four high stages of the introduction and digestion,the discovery and modification,the perfect improvement and theinnovation upgrading during the over 60 years development of the mine ground freezing shaft sinking in China and stated the shaft liner structureat the ground freezing section in the deep and thick alluvium,the C60～C100 high strength and high performance concrete applied to the mine shaft liner,the design theoretical system of the freezing wall,the freezing technique with multi freezing ring boreholes,the characteristics engineering forecast and adjusted control of the freezing wall formation,the radial displacement measurement of the freezing wall and adjustment control of the lining section height,the safety and rapid construction of the freezing section and other key theory and technical achievements as well as the present status in China.All above formed the mine shaft sinking theory and technical system with the China characteristics deep and thick alluvium freezing method.An outlook and proposals were provided on the design theory and development of the freezing wall,the design and application of the mine shaft liner structure,the temperature field theory and application technology of the freezing wall,the base rock freezing in the deep mine shaft and the mine inclined shaft freezing technology as well as the problems existed.Key words：mine ground freezing shaft sinking;deep and thick alluvium;temperature field of freezing wall;high performanceconcrete;safety and rapid construction冻结法凿井是井巷工程应用人工制冷技术，暂时冻结地下水，以加固井筒周围不稳定冲积层、松软含水岩层的特殊施工方法。
冻结法凿井施工技术复习题安全事关每个家庭的幸福，熟悉安全操作规程，掌握安全技术措施，制定安全计划方案，做好单位安全培训，加强安全知识学习及考试更是预防和杜绝安全事故的重要方式和手段。
您浏览的《冻结法凿井施工技术复习题》正文如下：冻结法凿井施工技术复习题一、填空题1、冻结法凿井是目前煤矿立井通过深厚表土地层的首先方法。
2、冻结制冷系统由氨循环系统、盐水系统、冷却水循环系统组成。
3、氨制冷分为单级压缩、串联双级压缩和单双级两用制冷。
4、冻结法凿井技术适用于松散不稳定的冲击层、裂隙含水层、松散泥岩层以及含水量和水压特大的岩层。
5、冻结制冷主要设备有压缩机、中冷器、蒸发器(盐水箱)、冷凝器、贮液桶、盐水泵、清水泵等。
6、立井冻结法凿井原理就是利用氨循环制冷技术来完成的。
7、冻结法凿井主要工艺过程包括冻结站安装、钻孔施工、井筒冻结和井筒掘砌四大内容。
8、岩土中水冻结的过程大致分冷却段、过冷段、突变段、冻结段、冻土降温段五个阶段。
9、冻结方案可归纳为全深冻结、差异冻结、分期冻结、双排孔冻结和局部冻结等五种主要形式。
10、高压液氨从冷凝器经贮氨器、经节流阀流入蒸发器，液氨在蒸发器中汽化吸收周围盐水的热量，这一循环称做氨循环，是制冷的主体。
11、目前我国冻结法凿井最大冻结深度737米，已是世界上用冻结法凿井穿过表土层最厚的国家之一，冻结法施工技术达到世界领先水平。
此冻结法使用于国投新集公司口孜东煤矿凿井工程，其中主、副、风井筒冻结深度分别为737米、617米、626米。
二、解释以下概念1、人工冻土2、冻结壁交圈时间3、积极冻结期4、冲击层三、简答题1、简答冻结法凿井原理及使用条件?2、简答冻结观测孔的种类及布置?防突知识一、填空题1、冻结法凿井是目前煤矿立井通过深厚表土地层的首选方法。
2、冻结制冷系统由氨循环系统、盐水系统、冷却水循环系统组成。
3、氨制冷分为单级压缩、串联双级压缩和单双级两用制冷。
4、冻结法凿井技术适用于松散不稳定的冲击层、裂隙含水层、松散泥岩层以及含水量和水压特大的岩层。
煤矿冻结法凿井技术规程目录1总则 (1)2术语、主要符号 (2)2 .1术语 (2)2 .2主要符号 (4)3勘察要求 (11)3 .1井筒检查钻孔 (11)3.2 地下水流速 (11)3.3 人工冻土 (12)3.4 其它资料 (12)4井壁设计 (14)4.1 设计准则 (14)4.2 材料 (14)4.3 井壁结构形式及适用条件 (18)4.4 设计荷载 (18)4.5 井壁结构设计计算规定 (21)4.6 井壁内应力及承载力计算 (22)4.7 井塔(架)影响段井壁及壁座计算 (23)4.8 构造及防护要求 (24)5地层冻结设计 (28)5.1 地层冻结方式 (28)5.2 人工冻土强度与蠕变 (28)5 .3冻结壁设计参数 (30)5. 4 冻结壁厚度计算 (31)5. 5 冻结孔布置圈直径、冻结孔数量 (33)第 1 共 111页煤矿冻结法凿井技术规程5. 6 地层冻结时间 (34)5. 7 观测孔布置 (36)5. 8 冻结站制冷系统设计 (36)6冻结孔与冻结管 (38)6.1 冻结孔 (38)6.2 冻结管 (40)6.3 验收 (41)7冷冻站 (42)7.1 冷冻站厂房 (42)7.2 冷冻站安装 (42)7.3 冷冻站运转 (43)8冻结壁检测与判断 (46)8 .1测温孔检测 (46)8.2 水文观测孔检测 (46)8 3冻结壁形成的判断 (46)9冻结工程收尾工作 (48)9 1冷冻站拆除 (48)9 2冻结管充填 (48)9 3建立技术档案 (48)10井简掘进与支护…………………………………………………10.1 井筒掘进…………………………………………………10.2 井筒支护…………………………………………………10.3 复合井壁夹层注浆………………………………………10.4 施工过程中的检测………………………………………10.5 转入基岩普通法施工的安全措施………………………附录A 聚[烯塑料薄板物理机械性能指标……………………第 2 共 111页煤矿冻结法凿井技术规程附录B 道路石汕沥青质量指标…………………………………附录C 聚苯乙烯泡沫塑料板物理机械性能指标………………附录D 棍凝土井壁内力及承载力计算…………………………附录E 井塔(架)影响段井壁计算………………………………附录F 壁座计算…………………………………………………附录G 钢筋的计算截面积及公称质量…………………………附录H 冷冻站制冷系统设计计算………………………………附录I 常用泥浆组成及其配置方法……………………………附录J 掘进工作面温度检测记录表……………………………附录K 井筒掘进井帮径向位移量植测表……………………附录L 井筒掘工作面底臌量检测表……………………………附录M 本规程用词用语说明……………………………………条文说明…………………………………………………………第 3 共 111页煤矿冻结法凿井技术规程1．总则1.0.1为了贯彻执行煤炭行业的方针、政策，推广应用在设计、施工中各项行之有效的科研成果和经验。
冻结法凿井发布时间：2011-3-18 17:26:28一章术语、符号1.1冻结法凿井在井筒开凿之前，用人工制冷的方法，将井筒周围含水松散不稳定的冲积层、基岩含水层进行地层冻结，形成封闭的符合工程安全要求的起到临时保护作用的冻结壁，然后在冻结壁的保护下进行井筒掘砌工作的一种方法。
1.2冲积层覆盖于基岩露头之上的第三系、第四系地层。
1.3冻结壁用人工制冷的方法在井筒围岩中所形成的具有一定厚度和强度的冻土墙。
又称冻土帷幕。
1.4冻结壁交圈时间从地层冻结开始至井筒周围所有的冻结器单独形成的冻土圆柱均相交连接成筒形的冻结壁所需的时间。
1.5积极冻结期从地层开始冻结至井筒周围所有冻土圆柱相交、连接，且形成达到设计厚度、强度冻结壁所需的时间。
1.6维护冻结为了在井掘砌工程完工前，维护冻结壁的厚度和强度仍要继续供给一部分冷量，直至井筒掘砌工程结束，维护冻结终止，冻结壁自然融化。
1.7人工冻土用人工制冷的方法使含水松散不稳定的地层降温，达到一定的负温度，具有一定强度的冻土。
1.8冻结站在井筒附近集中设置制冷设备和设施的建筑场所，其中主要有氨制冷循环系统、盐水循环系统、冷却水循环系统及供电系统。
1.9防水性（？）井壁结构形式一般有单层、双层、双层混凝土塑料夹层复合井壁，永久井壁漏水量应不得大于0.5m3/h, 并不得有集中喷水和含砂的水孔。
1.10双层井壁由外层井壁和内层井壁纸盒而成，外层井壁由上而下随井筒短段掘砌冻结段底部，其厚度和强度应能承受井壁外层井壁施工结束后，由下而上连续一次浇筑至井口，其厚度和强度应能承受静水压或有负摩擦力的作用。
内外层井壁材料，我国采用钢筋混凝土和混凝土。
1.11双层混凝土塑料夹层复合井壁在双层混凝土井壁的内外井壁之间铺设一层或两层厚1.5mm聚乙烯塑料板而成，设置塑料板后，制止了内层井壁的温度裂缝，井壁防水性能好。
第二章勘察要求2.1井筒检查钻孔2.1.1编制立井井筒冻结法凿井施工组织设计时，必须有该井筒的“井筒检查孔地质报告”。
注浆法和冻结法在立井施工中的效益分析井筒是矿井的咽喉，井筒开凿的工程量尽管仅占全矿井建设开拓工程量的3%～5%，但井筒施工期却占矿井建设总工期的30%～50%。
随着开拓深度的增加，地质和水文地质条件愈来愈复杂，井筒施工工期占矿井建设工期的比例也将相应增加。
国内外大量井筒施工实践说明，在众多阻碍建井快速施工的因素当中，水害及其防治技术是最关键的因素。
平顶山砂岩，节理与细微裂隙极为发育，含水量大、水压高，是本地域建井施工的重大水患，为保证工程的顺利进行必需治水。
研究把握平顶山砂岩治水方式，关系到工程本钱及进度，直接阻碍井筒工程的技术经济指标，同时也希望对和平顶山砂岩类似地层治水提供参考。
中国论文网/3/一、工程概况与研究意义平煤股份十矿通风系统补套北二进风井井筒掘砌工程是进风井工程施工过程中的一个重要组成部分，由平顶山平煤设计院有限公司设计，该井筒主要担任十矿三水平二期开采时期内的进风任务，设计井筒净直径8m，井口标高+，井底标高，井深平煤股份十矿北二进风井位于平顶山市卫东区东高皇乡土寨沟村，与十矿三水平进风井相距59m。
参照十矿三水平进风井施工中的水文报告，预测北二进风井井筒两个含水层最大涌水量为191m3/h，防治水工作是该井筒掘进施工过程中的重点。
基于对十矿三水平井筒注浆法凿井和八矿二井冷冻法凿井的技术对比，对二者经济效益的分析进行比较，找出最佳的凿井方法，并在施工中运用这些理论进行分析。
对于在含水层多且厚的平顶山地区进行竖井作业，采用注浆和冷冻都是有效的方法，本文对比分析上述两种方法施工工艺，找出最适合本地区的井筒治水方法。
二、技术方案目前井筒常用的治水方法为注浆治水和冷冻治水，本成果以平顶山砂岩段（-322-422m）为例。
根据实测地质资料和井筒涌水情况，综合考虑水效果、成本和工期，决定采用工作面预注浆和壁厚注浆相结合的综合防治水方法，使十矿北二进风井安全通过平顶山砂岩段，通过测水，井筒综合涌水量2m3/h，达到设计要求，即节约了工期，又节省了费用。
