深表土长斜井504 米冻结技术

摘要:地质条件的复杂性一直以来都是煤矿井开凿的难题，为解决此难题目前我国主要依赖冻结技术完成深表土层的凿井施工。

不仅立井井筒开凿是这样，斜井井筒更是如此。

随着我国煤炭开发的发展，年产量千万吨的现代化矿井逐年增加，因立井井筒提升能的限制，均采用了斜井开拓。

本文以目前我国斜井冻结最长504米冻结技术的成功应用为例，重点分析冻结法的原理和未来发展。

关键词:地质条件斜井冻结504米
0引言
近年来，煤矿冻结法凿井技术已经得到广泛应用，这样不但可以利用冻结的土层隔绝内外地下水，还能抵押岩石压力，保证施工顺利安全的进行。

但由于目前冻结技术、井筒开挖技术水平有限，其在进行深表土长斜井施工时仍然存在技术上的弊端，需要继续攻克与完善。

1冻结法凿井技术的发展
德国著名工程师波次舒是井下开凿冻结技术的研发者，当时的开采土层深度仅为103米。

之后，此技术被传播到了多个国家。

1955年，我国开滦林西煤矿成功使用井下冻结技术完成了矿井的开凿工作，为其在煤矿开采施工中的发展打响了第一炮。

到目前甘肃新庄煤矿冻结深度902米，这足以说明我国煤矿冻结技术已经相当成熟。

2深表土层冻结技术与实例分析
冻结技术的关键就在于通过人工制冷将土层冻结，冻结壁的安全性和稳定性直接决定着井筒施工能否顺利进行。

随着井筒深度的增加，地压的压力越大，需要井壁的厚度与强度也就越高，对人工制冷设备的要求也就高。

古城煤矿冻结垂直高度为147米，冻结深度为504米，通过采用先进的斜井冻结技术，不但节约了工程成本，而且保证了施工安全，笔者将以此为例，剖析504米深表土长斜井技术的工作原理和特性。

2.1冻结造孔质量保证措施
①因深土层地质条件复杂，所以需要保证钻头和钻机设备平稳和牢固，因此选用钢结构滑撬作为安装塔的基础。

此外，在安装过程中，每颗螺丝都必须安装结实，避免因螺丝松动发生钻塔倾斜。

提引机、孔中和天伦要用垂线法安装，并且保证误差度在10毫米以内。

②在《矿山井巷工程施工机验收规范》的GBJ213-90施工标准中对冻结孔的偏斜率做出了严格的规定，并且要求施工单位选用高精度的陀螺检测仪进行偏斜率的检测。

为了保证冻结孔的水平位置间隔符合冻结管下管要求，还需加密斜段的导测点。

2.2冻结管的下入
①检查冻结空管接头之间的弯曲情况以及焊接效果，只有达到百分百合格以后才允许下入冻结管。

②冻结管在进入井口之前需要进行记录与编组排号。

③冻结管采用外管箍焊接。

中间监控焊接点，不允许砂眼和裂纹的存在，两管焊接位置必须垂直，以确保焊接后不出现质量问题。

④对孔深进行严格测量后方可下入冻结管。

⑤对冻结管进行打压实验，确保其符合设计规范要求。

2.3冻结制冷质量的保证措施
施工环境复杂，在进行下管工作时要尽可能保证井筒冻结工作准确有效的完成。

在本项目工作，主要是利用计算机远程操控技术对冻结器进行全方位把控，根据当时地层特性完成冻结工作，并且随时对冻结壁进行动态监控管理。

2.4冻结器盐水的流量检测
①用于冻结的盐水流量与浓度必须符合设计要求，此处选择在总供水处安装电磁流量计以达到监控的目的，比重用比重计测得；②对单孔流进行施测，采用流量计获得数据，以保证各孔达到设计流量，并且要求流量均匀。

2.5冻结器盐水温度的检测与控制
井筒开冻后，必须每天定时对冷冻器进行观察，如观测盐水温度，冻结管去回路结霜情况等，以保证冷冻过程安全并且有效，一旦出现问题，马上启动紧急处理方案。

2.6冻结壁形成状况的检测
①采用CW-Ⅱ型计算机测温系统进行施测，准确地采集到各地层的温度，及时地进行分析掌握冻结壁的形成过程及温度场变化规律，以及应用美国ANSYS软件和有限元法进行冻结温度场数值模拟计算和分析，为井筒开挖提供可靠的依据；②根据冻土试验报告对各层，特别是控制层分段验算冻结壁形成及厚度、强度来确定掘砌段长，以确保井筒施工快速；③井筒开冻后每天定时检测温孔温度，并以报告形式存储。

2.7技术创新应用
虽然冻结技术在我国的应用已经十分广泛，在技术方面也取得了相当瞩目的成就。

但考虑到地质条件的复杂与多变，为了确保古城煤矿主斜井井筒冻结斜长504米深表土长顺利施工，在设计施工中大胆创新地对冻结器进行了改造，采用了对冻结管异径加保温层段技术措施，这在国内外均属首创，此技术措施在本项目施工过程中节约了380万度的电能消耗及大量的钢材。

另因斜井冻结盐水管路长为防止管路热胀冷缩，在紧配合部位加装伸缩节，以防止损坏设备，确保了工程质量达到预计目的。

3结语
中煤邯郸特殊凿井有限公司根据自己的实战经验总结出了一项科研结果——
—《深表土504米长斜井冻结技术研究》，并提交省级检定中心。

经审批，该项技术已经被政府承认具有国际领先水平。

随着矿井建设地质环境复杂性的增加，井筒需要穿过的土岩层也越来越深，导致需要进行冻结的深度不断加大。

从冻结方面，加大对冻结工艺以及冻结壁温度场的研究，掘砌单位应加大针对斜井冻结井筒开挖专项设备的研究，以提高掘进速度。

冻结技术在施工现场的应用与实验室中的力学演示有着巨大的区别，不论是冻结壁所处的高
深表土长斜井504米冻结技术
董志业(中煤邯郸特殊凿井有限公司)
97
. All Rights Reserved.
（上接第97页）
摘要:断层是综采工作面常见的地质构造之一，落差较大的断层，对于正常回采会造成较大的影响，因此分析各种过断层方案的优劣性，采取最佳过断层方案，对综采工作面安全高效回采起着关键作用。

关键词:综采工作面过断层松动爆破控制采高
中泰矿业25022工作面回采山西组二1煤层，厚度大而且稳定，地质条件较复杂，总体为单斜构造，断层较为发育，工作面共有大小断层39条。

其中，25022综放工作
面回采期间正过4F25021A-2断层（∠22°H=4m ），该断
层落差大，对正常回采造成较大影响，
断层依次相过于工作面2#支架-70#支架，丢底煤1-2m 左右，直至工作面
推进210m 后全部过完该断层。

因此，
分析各种过断层方案的优劣性，采取最佳过断层方案，
对该工作面安全高效回采起着关键作用，为过大断层的技术推广提供技术支持。

1工作面概况
中泰矿业25022工作面位于二水平五采区，为二分
层工作面，走向长度：前期工作面走向长194ｍ，后期工作
面走向长60m，倾斜长1082m，平均煤厚6.0m，割煤高度为3.0m，放煤高度3.0m，设备配置主要为ZF5600/18/32型掩护式液压支架126台，MG250/600-QWD 型采煤机1台，SGZ764/400型中双链刮板输送机2部，采用全部垮落法处理采空区，顶板随支架前移自行垮落。

煤层顶板伪顶为黑色泥岩，厚0.3m；直接顶为黑色砂
质泥岩，厚3m；老顶为灰色中粒砂岩，厚10m；直接底为
灰黑色砂质泥岩，
厚5m。

老底为灰色中粒砂岩，厚5m。

25022综放工作面回采期间正过4F25021A-2断层（∠22°H=4m ），该断层落差大，对正常回采造成较大影响。

2过断层方案
方案一：
根据4F25021A-2断层和煤层走向情况，及时调整工作面角度和坡度，采用放震动炮的方法，松动爆破破岩过断层。

这种方案优点是节省了掘进巷道的工程量，
避免了工作面搬家，提高了煤炭回采率，
增加了经济效益；缺点是断层处顶板岩石破碎，
易造成冒顶事故。

方案二：当工作面回采到4F25021A-2断层附近时，
及时停采，撤出支架，跳过断层，
重新开切眼，通过工作面搬家的方法过断层。

这种方案优点是直接避开断层影响区
域，降低设备损耗率；缺点是需要掘进新切眼，
掘进工程量大，拆除、搬家、重新安装工作面，
过断层耗费时间长，成本高，资源回收率底。

根据地质条件、资源回收率及过断层耗时对比分析：
方案一，该工作面采用ZF5600/18/32型掩护式液压支架，超前移架，加强支护可以确保工作面不发生冒顶事
故，煤炭回收率高，安全性和经济效益较好。

方案二，新增
巷道工程，工作面搬家耗时较长，
煤炭回收率低，经济效益差。

经过分析，确定选用方案一，
采用放震动炮的方法，松动爆破破岩过断层。

3炮眼技术参数
松动爆破地点随断层在工作面的延伸而定，
破岩高度H≤1m 时布置单排眼，距底板0.5m、间距0.6-1m；破岩
高度1m＜H≤1.8m 时布置三花眼，底眼距底板0.6m、排
距0.6m、间距0.6-1m；破岩高度＞1.8m 时布置五花眼炮眼，底眼距底板0.6m、排距0.6m、间距0.6-1m；底眼与底板呈-10°~-15°夹角，腰眼与底板平行，顶眼与顶板呈10°-15°夹角，三种炮眼均向下顺槽倾斜，与切眼煤壁呈65°-70°夹角，眼深1.5-1.8m，眼距0.6-1m。

4注意事项
①合理控制装药量。

装药时每眼使用水泡泥不能少于两块，装药量400g-600g，一次起爆距离不超过6m，保证放炮质量，确保岩层松动。

②设备保护。

放炮时用废旧皮带包裹或遮挡机电设
备，降低设备损耗，加强机电设备检修，
确保机电设备正常运转。

③加强支护。

过断层期间必须增大支架初撑力以有效
控制顶板，可采取带压移架和超前移架措施，
加强断层破碎带的支护。

④合理控制采高。

过断层时，
尽量降低支架高度，必须满足煤机通过最小高度，不得压死支架。

5结语
中泰矿业25022工作面采用放震动炮，松动爆破破
岩过断层的方法，推进210m 后过完断层，减少综采工作
面搬家次数及煤炭资源浪费，
提高了经济效益，为综采工作面过大断层的处理积累了宝贵的技术经验。

参考文献:
[1]徐永圻.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社.
[2]何国益.采矿工程设计规范化[M].中国矿业大学出版社.[3]周祖舜，王涛.综采工作面过大断层实践探讨[J].中国煤炭，2011(05).
中泰矿业综采工作面过大断层实践
孙明亮
（鹤壁中泰矿业有限公司）
压还是深部冻土的力学性质都无法完全模拟，所以我们必
须继续努力，以深表土长斜井504米冻结技术为基础，
向着更精湛的技术前进。

参考文献:
[1]陈祥恩，杜长龙.马泰壕煤矿斜井冻结施工技术[J].煤炭科学
技术，2009(11).[2]张文.我国冻结法凿井技术的现状与成就[J].建井技术，2012(06).[3]沈华军旵，郭圣，陆卫国，郭垒.深井冻结设计及施工[J].建井技术，2011(04).作者简介:董志业(1983-),女,河北邯郸人,中煤邯郸特殊凿井有限公司科技中心,助理工程师,研究方向:节能减材。

98
. All Rights Reserved.。