杨村主井巨厚粘土层冻结法凿井施工技术探讨

深厚冲积层立井冻结法凿井技术鲍永生【摘要】麻家梁煤矿副立井净直径9.3m,井深537m,冲积层深276.5m,风化基岩段厚20m。

冲积层下部有厚度较大的高岭质粘土层,含水率小,蠕变特性显著。

冲积层及风化基岩段采用冻结法施工,冻结深度348m。

简要介绍了井筒冻结方案设计、冻结工艺、冻结效果监测及施工情况。

【期刊名称】《建井技术》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】4页(P4-7)【关键词】深厚冲积层;立井;冻结法凿井;高岭质粘土;差异冻结【作者】鲍永生【作者单位】同煤国电同忻煤矿有限公司,山西大同037001【正文语种】中文【中图分类】TD265.341 工程及地质概况同煤浙能麻家梁煤矿位于山西省朔州市朔南矿区南部，设计生产能力12Mt/a，立井开拓。

副井净直径9.3m，井深537m，冲积层及风化基岩段采用冻结法施工，冻结深度348m。

根据井检孔地质资料(见表1)，副井冲积层厚276.5m，风化基岩段厚20m，岩性以亚砂土、砂质粘土、粘土为主，中间夹杂2～4层中细砂层和1～2层砂砾层。

冲积层中，深厚高岭质粘土有2层，埋深分别为186～207.91m和244.44～253.41m，厚度分别为21.91和 8.97m。

较厚的粘土层有6层，厚度不等，从10.2～38.5m；含水率小，蠕变特性显著。

井筒自上而下，共有2层含水层，4个含水段。

2层含水层分别是新生界砂砾层孔隙潜水含水层和古生界二叠系山西组4煤顶板K4、K5砂岩裂隙含水层，基本均为弱含水层，各含水层之间均有隔水层分隔。

2 冻结方案2.1 冻结方案的确定考虑到副井冲积层下部有厚度较大、含水丰富的风化基岩、裂隙岩层，经过分析论证，确定该井筒采用主辅孔差异冻结方案，冻结深度348m。

外圈孔为主冻结孔，差异冻结，深孔深348m，浅孔深295m；内圈为辅助冻结孔，孔深288m。

冻结段采用钢筋混凝土塑料夹层井壁结构[1-4]。

2.2 冻结参数设计(1)冻结壁厚度。

井筒冻结工程一、冻结方案由于本矿井主、副、风井井筒净直径均较大，且冻结深度大，根据其实际地质情况并参照附近龙固、赵楼等矿井冻结设计、施工情况，三个井筒均采用三圈孔加辅助孔冻结方案。

其主要优点为冻结效率高，综合工期短，适于早日开挖、快速施工，且安全可靠。

二、冻结设计1、冻结深度的确定本矿井井筒冻结深度分别为：主井井筒894m，副井井筒840m，风井井筒840m。

2、冻结壁设计（1）冻结壁设计原则按两种极限状态设计，一是冻结壁的极限承载能力；二是冻结壁极限允许变形状态。

前者对砂层较合适，因为砂层冻结壁由于冻砂具有脆性断裂的特性，因此其承载能力必须得到满足，否则可能出水冒砂。

后者适用于深厚粘土层，因为对于粘土层最终决定冻结壁厚度的是必须满足变形条件，在隔水粘土层中不会涌砂冒水，但过大的变形会导致冻结管断裂，从而影响冻结壁安全。

（2）基本设计计算参数冻结壁基本设计计算参数见表3-2-1。

表3-2-1 冻结壁基本设计计算参数表注：※掘砌荒半径不含壁后泡沫塑料板厚。

（3）冻结壁厚度设计根据现有公式计算、有限元分析及经验工程类比并结合万福实际工程情况，确定万福矿井各控制层冻结壁厚度见表3-2-6。

表3-2-6 万福矿井主、副、风井各控制层冻结壁厚度表（4）冻结壁（强度）平均温度校核结合国内现有冻结制冷工艺，立足现实，在确保安全运转的前提下，盐水温度在-30～-37℃之间较为合适，在龙固、丁集等矿井已经实现-36℃的盐水温度，若达到-40℃不但制冷设备的效率大大降低，由此带来的冻结管及制冷系统的管道材质问题将很难解决，即便解决费用也难以承受。

因此计算最低盐水温度按-36℃。

多圈孔冻结施工国外及国内均没有现成的公式可以计算，冻结壁平均温度计算采用四种方法计算：①采用单排孔冻结壁平均温度计算公式——成冰公式，加修正值；②采用作图法计算；③采用有限元分析方法；④工程类比法。

冻结壁平均温度计算结果见表3-2-7。

表3-2-7 万福矿井冻结壁平均温度计算结果表经过校核可知，冻结壁平均温度均能达到设计要求，强度可以满足施工安全。

主井冻结井筒快速掘砌施工技术摘要：对于冻结井筒深埋冲击层、粘土层和高压高温施工，实现了冻结系统优化到精心检测的许多技术参数，对深井冻结技术的实施具有重要意义。

关键词：井帮温度；冻结壁；冻结技术某煤矿采用立井开拓，工业现场有主、副井，表土厚度为496.1米，弱风化带为520.7米，最大井壁厚度为1.9米，荒径9.45米，冻结540米。

一、施工分析1.水文地质。

主井为0-496.1m表土深，其中土黄、褐黄色砂质粘土、粘土和砂层主要为0-119.85m，砂层为65.05m厚度，占系统厚度的54.28%。

砂层集中22.60～44.80，54.45～82.15，111.10～119.85m，砂为土、锈黄色，好透水性;低粘土密度，高塑性，低膨胀。

2.冻结分析。

由于主井冲击层厚度大，为保证有效的冻结井壁厚和强度，设计采用开挖井筒快速和掘砌施工，通过冻结井壁和掘进、井筒掘至各水平分析，设计采用三圈孔和防片帮孔方式冻结。

3.冻结施工。

主井冻结内外圈在15天内冻结，24台机组满负荷启动，盐水温度和冷却速度按要求确定。

盐水的内圈温度从冷冻日期5天的0°C，冷冻第66天，到温度-30°C，盐水温度-32.80°C，在设计温度范围内，保持盐水温度的时间差逐渐从4.50到2.30°C，开机温度从84°C到-32°C，由于外圈热交换，回路温度逐渐从原来的7°C到目前的4.3°C，证明热交换量逐渐减慢;主井浅水文孔在-294m深度的120米处冻结54天冒水，冒水前9天达到294米深水温孔，并在浅水文孔冒水后第三天开始挖锁口。

锁口为-7.5m，294 m(开机冻结60天)深水文孔冒水，井筒试挖深度为30米，井正式冻结78天。

由于初期开挖，冻土尚未进入荒径，片帮现象为了减少发生，掘砌单位采用高掘砌1.1m小段，后来为了加快施工速度，其不断更换模板，从2.5m到3.6m大段高掘砌转换,掘砌至181.4m，细沙层。

冻结法凿井常见问题及其预防介绍了冻结法凿井的原理及冻结法在国内应用概况，对冻结法凿井过程中常见的问题诸如水文观测孔阻塞、冻结孔偏斜、掘进段高的确定、冻结管断裂及冻结井外壁破裂等方面进行了探讨并提出了相應的解决办法。

标签：冻结；凿井；施工；问题一、冻结法凿井原理在开凿井筒前，将井筒周围含水层用人工制冷方法，冻结成封闭的圆筒形冻结壁，以抵抗地压并隔绝地下水与井筒的联系，在冻结壁的保护下进行掘砌作业的施工方法。

二、我国冻结法凿井技术应用概况我国冻结法凿井起源于开滦矿区。

1955年，我国从波兰引进冻结法凿井技术，首次应用于开滦林西风井，获得了成功。

1956年唐家庄风井，自己设计施工，用国产设备，采用冻结法凿井，又获得了成功。

这为我国特殊凿井施工方法的推广应用开辟了新的途径。

随后冻结法凿井技术在全国得到推广应用。

三、冻结法凿井常见问题1、水文观测孔堵塞在井筒开挖前要根据水文观察孔的水位变化情况确定冻结柱是否交圈、交圈是否良好。

当冻结圆柱交圈后，井筒周围便形成一个封闭的冻结圆筒，由于水变成冰后体积膨胀，水文观察孔内水位上升，以致溢出地面，水文观察孔溢水是冻结圆柱交圈的重要标志。

2、冻结孔偏斜冻结孔施工存在偏斜情况，为了达到预期的冻结效果就要对冻结孔偏斜率提出要求：位于冲积层的钻孔不宜大于0.3%，但相邻两个钻孔终孔的间距不得大于3m；位于分化带及含水基岩的钻孔，不宜大于0.5%，但相邻两个钻孔的终孔不得大于5m；对于径向偏斜，均控制在500～800mm范围内。

当相邻两个钻孔的偏斜值超过上述规定时，应补孔，防止冻结壁开窗，涌砂冒泥，造成淹井事故。

3、影响掘进段高的因素掘进段高是指掘进段未经支护的高度。

到目前为止，冻结井筒掘进段高计算理论不少，但还没有公认的可靠的计算方法。

主要原因是影响段高的因素甚多，理想模型不能真实描述复杂的现实施工情况。

目前只能采用工程类比法，按施工经验选取。

由于段高大小直接影响施工速度、施工安全、井壁质量及经济效果，所以，一直为人们所重视。

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。

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。

6.软弱地层中隧道围岩预加固之冻结法6.1加固原理人工冻结的应用和研究是以天然冻结条件下冻土的物理力学性质研究为基础，随着人工冻结凿井逐步发展起来的。

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行隧道、立井和地下工程的开挖与衬砌施工技术。

其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土的状态以固结地层。

6.2冻结法具备的特点冻结法的优点：（1）安全可靠性好,可有效的隔绝地下水；（2）适应面广。

适用于任何含一定水量的松散岩土层，在复杂水文地质如软土、含水不稳定土层、流砂、高水压及高地压地层条件下冻结技术有效、可行；（3）灵活性好。

可以人为地控制冻结体的形状和扩展范围，必要时可以绕过地下障碍物进行冻结；（4）可控性较好。

冻结加固土体均匀、完整；（5）污染性小。

“绿色”施工方法，符合环境岩土工程发展趋势；（6）经济上合理。

冻结法的缺点:（1）冻胀和融沉；（2）对土体加固为临时性质，不能长期起作用。

6.3适用范围目前，冻结法在地下工程中广泛应用于以下领域：——立井工程——斜井工程——地基基础——基坑稳定——隧道工程——其他岩土工程6.4冷冻法技术要求1.可用来获得低温的方法很多，一般有以下几种：相变制冷、蒸气压缩制冷、吸收制冷、热电制冷。

1.1相变制冷相变是指物质固态、液态、气态三者之间变化过程。

在相变过程中要吸收或放出热量。

相变制冷就是利用物质相变时的吸热效应，如固体物质在一定温度下的融化或升华，液体汽化。

干冰是固态的二氧化碳（CO2），它是一种良好的制冷剂，广泛应用于实验研究、食品工业、医疗、机械加工和焊接等方面。

干冰的平均相对密度为 1.56，干冰在化学上稳定，对人无害。

在大气压力下升华温度为－78.5℃，升华潜热为573.6kJ/(kg·K)。

1.2热电制冷热电制冷又称温差电效应、电子制冷等，它是建立在珀尔帖效应原理上的。

特厚冲积层冻结段快速掘砌施工技术【摘要】本文重点阐述了采用冻结法安全、快速通过立井特厚冲积层施工技术。

【关键词】特厚；冲积层；冻结；掘砌1、前言口孜东煤矿设计年生产能力500万吨/年，采用主、副、回风三个立井开拓。

三个井筒在同一工广场地内，其中副井井筒由中煤三建公司二十九处承建施工。

中煤三建公司二十九处口孜东项目部依靠先进的凿井设备、现代凿井技术和成熟的施工管理经验，采用立井机械化配套的掘砌混合作业施工法即‘五大一挖一深’进行施工。

提升布置了两套单钩提升系统，即凿井专用“大绞车”，配“大吊桶”；出矸选“大抓岩机”和CX55B型一台挖掘机进行人机协作的方法；砌壁采用“大模板”及“大块组装金属模板”；冻结基岩段采用“伞钻中深孔凿眼和光面爆破技术”。

井筒于2007年6月6日试挖开工，至2008年元月16日外壁掘砌结束，3月21日内壁套砌结束。

其间正式开工后，7、8、9这三个月连续成井超百米。

尤其7月份创同井径成井155.7m全国最高纪录。

至套砌壁结束，安全生产无事故，工程质量经质监部门验收评定为优良，受到各方面的一致好评。

2、工程概况口孜东矿副井井筒净直径8.0m，全深1032m，净断面50.27m2。

冲积层表土段609.5m，采用冻结法施工，冻结深度617m。

井壁支护为内、外双层钢筋混凝土井壁，井壁混凝土厚度随井筒深度加深而加宽，混凝土等级强度也随着增强。

3、地质条件根据井筒柱状图资料，自上而下井筒穿过的地层有第四系、二迭系。

第四系地质主要成份有：细砂、中砂、粘土、砂质粘土等；二迭系地质厚度为460m，主要由粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、泥岩、砂质泥岩、碳质泥岩和煤组成。

表土层底界埋深为571.9m，其中砂质粘土、粘土厚度226.52m，占表土段的39.6%，砂层厚度270.39m，占表土层的47.3%，砾石层厚度12.35m，占表土层的2.1%，风化带厚度在594.40m。

4、施工方法表土段采用短段掘砌混合作业方式，并配套了“五大一挖一深”的立井机械化装备进行施工。

井筒冻结法施工的常见问题及防治措施摘要：冻结法在井筒不稳定表土层的施工中得到了广泛的应用，同时，随着社会经济的不断发展，人口的不断增长和空间的相对缩小，开发地下空间己经成为人类扩大生存空间的重要手段和发展趋势，目前，在其他地下工程的施工中，冻结法也得到了大量的使用。

但随着掘进技术的不断发展和作业深度的不断增加冻结法施工的一些技术缺陷也逐渐暴露出来,给提高井筒建设质量带来了不少困难,必须应引起建设者们的高度重视。

本文分析了当前冻结法施工中较为常见问题,并针对其产生原因,提出相应的防治措施。

关键词：井筒冻结法；常见问题；防治措施由于我国地层条件比较复杂，在一些地区井筒建设无法采用普通凿井法凿井，需要采用冻结法、沉降法和盾构法等特殊凿井技术进行建设；当建设井筒地层为不稳定厚表土层时，采用的施工方法主要以冻结法为主；并且煤矿向深部开采延伸，其井筒往往要穿过特殊地层，如过含水丰富或碎破的基岩，都要采用冻结法施工；因此，冻结法施工是广泛采用行之有效的技术方法之一。

以某矿为例，在建井时期，由于井检孔资料涌水量情况测定不准确，井筒下部涌水量较小，故上部井筒施工采用冻结法，下部采用普通法凿井，当井筒掘砌至下部时，井下涌水量较大，无法继续进行掘砌，只能再次使用冻结法冻结，随后进行施工。

1、井筒冻结法的概述所谓的冻结法是指在地下工程施工之前，采用人工技术制冷，将地下工程周围的含水或者含有松散碎石岩层冻结，形成冻土结构物、冻结壁，用来承受来自地层中压力和隔绝砂子和地下水涌入，然后在形成冻土结构中进行开挖、支护的特殊施工方法称为人工冻结法（简称冻结法）。

一般岩土工程冻结法通常是以氨为制冷工质,通过其气化过程吸收热量的物理现象实现冻结井筒周围含水松散、不稳定的冲积层及基岩含水层的目的,以形成达到工程安全标准的冻结壁,并在其临时保护作用下进行掘砌作业的施工方法,其关键工艺分为冻结孔设计及处理、冻结过程和掘砌作业等部分。

由于冻结法具有支护结构灵活、适应性强、可控性高、隔水性好等优点,因此广泛应用于不稳定表土层的井筒施工中,但随着掘进技术的不断发展和作业深度的不断增加,地下空间的不确定性也使该方法的技术缺陷逐渐暴露了出来。

井筒冻结法施工温度场计算与预测技术摘要：随着冻结法被广泛应用到井筒工程建设中，冻结技术日渐成熟，理论也在不断发展，但，冻结壁交圈时间、井帮温度预测计算、冻结壁厚度发展还没有统一的理论来量化。

根据张集矿二水平项目中第二副井冻结工程的实测数据，进行计算和参数拟合，等到了冻结交圈时间、井帮温度预测、冻结壁厚度量化计算，与现场实测数据进行对比，计算结果符合实际，为类似冻结工程计算和预测，提供一定借鉴。

关键词：井筒冻结；冻结壁；井帮温度；预测计算Calculation and prediction of temperature field of wellbore artificial freezing methodAbstract:With the artificial freezing method being widely used in wellbore construction, the freezing technology is becoming mature and the theory is has been significantly developed. However, there is no unified theory to quantify the freezing wall crossing time, temperature field prediction and evolution of freezing wall thickness. Based on the measured data of the second auxiliary shaft freezing project in the second level project of Zhangji Coal Mine, this paper calculates and fits the parameters, and obtains the freezing cross time, temperature filed and quantitative calculation of freezing wall thickness. The results were compared with the field measured data, showing that the calculated results are consistent with the monitored data in field. This work can provide some reference for the calculation and prediction of similar freezing engineering.Key words:wellbore freezing; Freezing wall; Temperature filed; Prediction作者简介（通讯作者）：张海骄（1981~），男，安徽，高级工程师，研究生。

深厚钙质黏土层冻结特征与冻结温度场数值模拟杜猛;陈亚妮;陈孝文;荣传新【摘要】为了解决杨村煤矿井筒在深厚黏土层层位掘砌时遇到的冻结管断裂难题，分析了施工中产生的问题，并采用 ANSYS 有限元软件模拟出该黏土层段温度场分布规律，细化导热系数区间，使计算结果与测温孔数据接近。

结果表明，强化冻结工艺和采用短段掘砌施工是解决深厚黏土层安全施工的有效措施，对日后井筒在该层位的施工具有一定参考价值。

%In order to solve the difficult problems occurring duting digging and lining a shaft in deep and thick calcareous clay layer in Yangcun mine, the paper analyzed the problems encountered during shaft construction, simulated the distribution regularities of the temperature field in the calcareous layer by using ANSYS finite element software, refined the range of thermal conductivity coefficient, and made the calculation results close to the data of the hole for temperature measurement. The results show that enhancing freezing technology and adopting digging and lining of short interval are efficient measures for safe construction of shaft in calcareous layer, have reference value for future shaft construction in the layer.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P72-76)【关键词】深厚黏土层;ANSYS有限元分析;强化冻结;短段施工【作者】杜猛;陈亚妮;陈孝文;荣传新【作者单位】马钢集团设计研究院有限责任公司，安徽马鞍山243000;安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001;马钢集团设计研究院有限责任公司，安徽马鞍山243000;安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】P642我国冻结法凿井井筒施工将进入深部掘砌时代。

对井筒冻结法矿建施工技术的相关探讨发表时间：2018-12-25T16:34:39.193Z 来源：《基层建设》2018年第33期作者：李方[导读] 摘要：井筒冻结法有着较强的适应力，容易掌控井架结构，影响环境范围小，具有灵活性，能够看出此方法有着许多优点。

中煤第一建设有限公司河北省邯郸市 056000 摘要：井筒冻结法有着较强的适应力，容易掌控井架结构，影响环境范围小，具有灵活性，能够看出此方法有着许多优点。

在井筒施工过程中应用井筒冻结发，特别是在不稳定表土层施工过程被应用，此种技术虽然灵活、先进，但依旧存在问题，有待解决。

关键词：井筒冻结法；矿建施工技术；冻结钻孔伴随着经济的发展，冻结法被井筒广泛使用，这也加速了冻结法的快速发展。

但在冻结法发展过程中，依旧存在许多不足，需要有关措施解决。

此篇文章主要阐述井筒冻结法的定义、原理、存在的问题以及对应的解决措施。

一、井筒冻结法概念和模式1.1井筒冻结法定义岩土工程冻结法是通过物理现象将土中的水先冷却再冻结。

这种系统需要使用到氨元素，此种智能系统是有三部分组成，包括氨循环系统、冷却水循环系统和盐水系统。

在开挖之前，应该钻取冻结孔在井筒四周。

低温度盐水可吸收四周的热量，从而变成冻结圈，冻结圈再扩大为冻结壁。

在底下水设施工程中，因为冻结法施工存在不确定性，容易引发冻结管破裂、工作面冻结壁变形等情况。

1.2井筒冻结模式第一，差异冻结法处理。

差异冻结是指不同地层深度对冻结壁做出的冻结模式，俗称长短管冻结法。

冲积层下方的基岩围岩稳定、风化带厚度大，其次是含水层靠近风化带，最后是井筒内部包含多层含水层，除差异冻结法可通过，使用其他方法均得不到显著效果。

使用差异法应将长冻结管穿过基岩，再将短冻结法穿过风化带和冲积层。

为保证长孔底部冻结的厚度，需要把握长孔之间的距离，要小于4.5米，方可确保长孔部分的冻结壁可符合短孔底部要求。

为加速冻结壁形成，应先开挖，确保可早日完成冻结壁，此时长冻结孔和短冻结孔可同时冻结。

巨厚表土深立井解冻期间淋水治理及防护对策简析摘要：巨厚松散层、大直径、冻结法施工的千米深井筒在解冻期间淋水量显著增大，其淋水治理及井筒安全防护对策在国内外尚无成熟的借鉴经验，是一个技术难题。

根据口孜东矿主、副、风井筒在解冻期间采取的有针对性防护对策，特别是主井采用松散层复合双层井壁夹层注浆技术、基岩段壁后注浆技术成功进行注浆堵水治理，井筒淋水、井壁渗水得到很好控制，效果明显。

本文对此内容进行了简析、探讨和展望，其宗旨在于确保井筒解冻期间的安全，实现矿井安全建设。

关键词：巨厚松散层大直径千米立井井筒解冻淋水渗水治理复合井壁夹层注浆壁后注浆井筒安全防护对策1、概况1.1、矿井简况及水文地质特征口孜东矿是设计能力5.0MT/a的特大型在建矿井，位于阜阳市颍东区，井田面积33.6km2，全井田资源储量7.71亿吨，一水平标高为-967m，采用中央立井开拓方式，布置3个采区。

井田地处淮河冲积平原，属全隐伏型煤田,第四纪松散层厚度大、埋藏深（平均601.8m），划为四个含（隔）水层组，流沙层厚且富含水；二叠纪煤系砂岩裂隙含水层位于煤层与泥岩之间，岩性、厚度变化均比较大，分布不稳定，富水性不均一，以静储存量为主。

1.2、井筒概述工业广场内布置主、副、风三个井筒，井筒净直径φ7.5～8.0m，最大掘进荒直径14.8m，井壁厚度0.5～2.55m。

马头门位于16-1煤附近，井筒深度1010～1032m，穿过表土层厚度568.5～574.7m，其中粉、细、中沙及砾石层累计厚275.4～299.5m，占表土段厚度的48～52%。

三个井筒在松散层段均采用冻结法施工，冻结深度617～737m。

是目前国内井筒直径最大，穿过松散层最厚，冻结深度最深的冻结千米井筒。

2、经过及问题的提出自井筒竣工以来，三井筒淋水量均有不同程度连续增大的趋势，最大值分别达15.4m3/h、9.4 m3/h、22.3m3/h，出水点主要分布在550～720m段高，壁座处出水点较集中。

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。

冻结法施工技术冻结法施工技术,即是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结成冰形成冻土帷幕，用人工冻土帷幕结构体来抵抗水土压力，以保证人工开挖工作顺利进行.作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史,我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m。

经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点：1可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10％的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术;2冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效;3冻结法施工对周围环境无污染,无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；4冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。

人工冻结法在南京地铁张府园车站的应用摘要:南京地铁一期工程张府园车站南隧道盾构法施工时，洞门两侧出现大量流砂,附近区域的沉降量较大，为了确保地下管线和地面交通的正常使用和安全运行，在南京首次实施了地下工程的人工冻结法施工。

本文论述了冻结法在该工程中的冻结设计、施工工艺及对周围环境影响等问题和实际取得的效果.关键词：冻结法，地铁,盾构引言我国冻结法现已成为成熟的凿井施工技术,但在城市岩土工程中的应用还不多。

冻结技术可在地面城市地下工程中的应用范围包括：盾构隧道盾构进墙、深层搅拌桩以及压密注浆对土体进行加固,在凿除洞门钢筋混凝土时发现洞门中心处东、西两侧有流砂涌入，迅速采用双液注浆堵水,过了两天又在有大量流砂涌入，对周围环境产生较大的影响,其中端头井东侧的沉降量增大，东部20 平方米区域下陷1.5 m 左右(图1)。

在这种情况下施工单位及时出洞土体加固、盾构隧道地下或海底对接时土体加采取措施，以保证施工以及周围环境的安全.固、城市地铁泵房、旁通道和急转弯部分、建筑基根据管线及房屋调查结果显示，在张府园车站坑加固、地下工程涌水、坍塌事故的抢险修复、地南端头井的东侧沿中山南路方向15 m 范围内有下隧道交叉处土体加固、桥墩基础施工等。

冻结法施工技术特殊凿井绪论一、特殊凿井分类特殊施工是相对于普通施工技术而言，可定义为：在松散不稳定含水地层，或在涌水量很大的稳定裂隙岩层中，采用围岩加固、堵水、超前支护或采用大型钻井机械施工的技术，这种技术主要有：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法、混凝土帷幕法等表土施工技术。

深表土——冻结法、沉井法、钻井法、注浆法。

特殊凿井施工技术按其实质和特点可分为三类：1、超前支护类在地下工程挖掘之前，采用超前支护以隔绝或减少流砂和地下水的涌入，然后在超前支护的保护下掘进，属于此类者有：沉井法、混凝土帷幕法。

2、围岩加固类在地下工程开凿之前，采用措施暂时，永久地加固围岩，改善围岩的稳定条件，而后进行掘砌作业，如冻结法、注浆法等。

3、机械破岩类应用大型机械直接破岩、出矸，使卸掘砌作业机械化图钻井法等。

二、岩特殊凿井的历史53年新汶孙村矿注浆井首次采用深井法。

55年新汶张庄矿首次在井筒进行工作面预注浆55年开滦矿物局林西矿采用冻结法（波兰设计与施工）56年开滦矿物局唐家矿采用冻结法（苏联指导，自己设计施工）58年峰峰矿物局薛村矿主井采用地面预注浆69年淮北矿物局朔利村南风井采用钻井法74年鹤岗矿物局兴安矿南风井采用混凝土帷幕法目前：①沉井法（沉箱法）于90年代在煤矿使用，软表土地基中土建工程用的很多。

沉深192m——曲阜单家村主副井，上海基础公司沉井。

②帷混凝土帷幕法84年施工新汶鄂庄注浆井是使用，单深57m，主要用于地下挡土墙，水电部的应用较多，③钻井法主要在西淮地区，φ9m，单深513m，④冻结法，目前龙崮主副风井三个井筒采用，副井冻结深度650m，巨野煤田郭屯冻结达到702m；国投新集口孜东主井冻深737m，万福主井894m，万福副风井840mm。

⑤注浆法遍及各矿区主井，平巷，硐室均在采用。

主要内容：冻结法、注浆法、钻井法、沉井法、混凝土帷幕法看录像。

第一章：冻结法施工冻结法应用较多，尤其对深层表土的矿区，目前冻结法施工逐渐有城市的地铁发展，这里我们以矿区为例介绍。

特殊凿井工程施工是一项复杂而重要的工程，它涉及到多种技术、设备和工艺。

在特殊凿井工程施工中，常见的几种工法包括冻结法、钻井法、沉井法等。

这些工法在凿井过程中各自具有独特的特点和适用条件。

冻结法凿井技术是一种适用于松散不稳定的冲积层、裂隙含水层、松软泥岩层以及含水量和水压特大的岩层的凿井方法。

这种方法通过在井筒周围注入冷冻剂，将地层冻结成坚固的冰墙，以支撑地层压力，防止井筒变形和坍塌。

冻结法凿井技术在我国煤矿行业中得到了广泛应用，并且在国内冻结市场的占有率达到了50%以上。

钻井法施工是利用竖井钻机驱动钻具旋转破碎岩土，通过泥浆循环将岩渣携带到地面的一种特殊凿井工法。

钻井法凿井技术在我国的应用也十分广泛，已经施工了60余口大直径深井，占全国同法施工数量的95%以上。

多个项目获得了国家级的科技进步奖和优质工程奖。

沉井法凿井是一种通过机械钻孔或人力挖掘等手段在地基土中形成井孔，并在井孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩的施工方法。

沉井法凿井技术在我国市政工程中得到了广泛应用，如房屋建筑、桥梁基础等。

其中，中煤特殊凿井有限责任公司在沉井法凿井技术方面取得了显著的成绩，创造了158米的最深桩长纪录。

在进行特殊凿井工程施工时，测量工作起着至关重要的作用。

测量工作主要包括保证井筒的竖直性、构筑井壁的必要精度、及时进行井筒偏斜和井径测量等。

通过测量，可以获取钻井偏斜值的大小、扩径和缩径位置和深度，计算所测深度断面上的半径值，并绘制水平断面图、竖直断面图和井中偏斜综合断面图，确定钻井井筒的有效断面。

总之，特殊凿井工程施工是一项技术含量高、难度大的工程。

通过采用冻结法、钻井法、沉井法等不同的凿井工法，可以有效地解决不同地质条件下的凿井难题。

同时，测量工作的精准进行，能够保证井筒的质量和安全。

在未来的发展中，我国特殊凿井工程施工将继续推动技术创新，提高施工水平，为煤矿、市政、建筑等行业的发展做出更大的贡献。