杨村主井巨厚粘土层冻结法凿井施工技术探讨

杨村主井巨厚粘土层冻结法凿井施工技术探讨

结合杨村煤矿主井冻结段的冻结工程与凿井工程过巨厚粘土层施工的成功经验，探讨深厚冲积层冻结法凿井安全施工的几个问题。

标签：深厚冲积层；安全；冻结法施工

引言

国投新集能源有限股份公司杨村煤矿主井冲积层厚度538.25米，冻结深度723米，井筒深度986.7米。井筒在冻结段掘砌过程中，取得了一些经验和成绩：（1）在表土段凿井中安全施工，未发生冻结管断裂事故。（2）安全、顺利地通过深厚膨胀粘土层。（3）在表土段施工中工程质量优良。

1 工程概况

国投新集能源有限股份公司杨村煤矿设计原煤生产能力5.0Mt/a，矿井建成后将成为国际领先、国内一流的现代化新型矿井。

国投新集能源有限股份公司杨村煤矿在工业广场内设计布置主、副、风三个井筒，主井井深986.7米，采用冻结法施工，基岩段已采用地面预注浆防治水措施。

2 主井冻结段地质情况

厚达538.9m的深厚表土层，主要由砂层、粘土层组成，其中砂层计352.1m，单层厚度在10m以上有11层，最厚为32.6m；粘土计186.8m，单层厚度在10m 以上有5层，在埋深410.4～446.9m为特厚粘土层，遇水膨胀。

埋深在413.1～447.6m的土层为一特厚粘土层，蠕变量较大。

两淮地区特厚粘土层在施工中常因蠕变产生的工程地质问题，轻的造成冻结管破裂，盐水外溢，加大施工难度，严重的造成冻结管破裂多，井筒冻结壁破坏，造成淹井事故。

3 安全优质凿井的探讨

3.1 冻结方案设计和冻结管施工

冻结孔按4圈布置。防片孔分为外防、内防，圈径分别为14.6m、12.6m，各布孔9个，孔深分别为420m、210m，开孔间距为2.557m；内排孔圈径18.3m，布孔26个，孔深619m，开孔间距2.206m；中排孔圈径23.3m，布孔52个，其中深孔26个，孔深723m，浅孔26个，孔深619m，开孔间距1.407m；外圈圈

径29.7m，布孔55个，孔深619m，开孔间距1.696m。

另外，布置测温孔6个，孔深619m、723m各两个，210m、420m各一个；水文孔4个，孔深分别为30m、85m、315m、515m。总计各类钻孔168个孔，工程量106444m。

防片孔、内排孔、中排孔采用Φ159×5～7mm冻结管，外排孔采用Φ140×5～7mm冻结管，均采用内管箍对焊连接，200m深度以上的冻结管壁厚5mm，200m～300m深度冻结管壁厚6mm，300m深度以下冻结管壁厚7mm。

在井帮稳定性较差的巨厚粘土层，冻结管断裂预防及处理措施有：（1）冻结管偏斜严重部位使用风镐、风铲破土，采取小段高施工。（2）对因冻结管接头质量差或冻结壁强度低、井帮稳定性差、段高过大、冻结壁变形过大以及爆破影响造成冻结管断裂盐水泄露时，断裂的冻结管必须立即关闭阀门，停止盐水循环。（3）工程技术人员参考冻结管实偏移情况，根据井筒冻结壁实际揭露情况，随时调整施工方法，保证冻结管的安全。

3.2 混凝土集中搅拌制作为安全优质快速凿井提供保证

杨村煤矿建立混凝土集中搅拌站，采用混凝土集中制作、集中供应的方式，不仅缓解了井口工业广场用地紧张的局面，使井口做到文明生产，更重要的是确保了混凝土的制作质量和供应速度，确保井筒施工中的质量控制和速度控制，做到了安全生产和井壁质量优良。为了抵御强大的外荷载作用，井壁结构设计采用高强早强高性能混凝土。砼的各种原材料符合规范要求，按规定进行检验和试验，并提交试验报告。砼中掺加的添加剂品种和用量符合设计要求，砼的初凝和终凝时间符合规定，保证砼在规定时间内达到拆模强度。

井筒井壁砼有C30、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75九种强度等级。在施工冻结段外壁时掺加高效防冻早强减水剂、防水剂.砼用粗骨料在使用前做碎石强度检验，其岩石抗压强度与混凝土强度之比不得小于设计值，定专人进行监督和控制。

通过埋深在413.1～447.6m的特厚粘土层时，用C75强度等级的砼，保证混凝土的入模温度不得低于20℃，使混凝土的强度在24小时达到设计值的50%，72小时内达到设计值的70%以上。

3.3 井筒安全施工的其他专项措施

主井井筒表土所穿越的砂质粘土及粘土层计25层，埋深在413.1～447.6m 的土层为一特厚粘土层，蠕变量较大，而且粘土层冻土的强度低。现采取下述技术安全措施，以确保安全快速地通过厚膨胀粘土层。

（1）强化冻结，控制粘土层井帮温度必须达到-8℃以下。

（2）增强机械化装备（大功率提升机、大吊桶、小型挖掘机和中心回转抓岩机等）来提高施工能力，缩短循环时间、加快施工速度、提高施工质量，严格控制段高，掘砌段高不得大于2.2m，必要时可采取1.2m小段高掘砌方式。组织足够的人力、机械强行挖掘，使冻结壁暴露时间控制在18小时以内；压缩循环时间以保证安全通过膨胀粘土层的措施之一。

（3）与设计、监理及科研单位紧密配合，加强冻结段井帮温度、井帮位移和冻胀压力的观测，进行冻结变形压力、冻结壁变形、温度、井壁钢筋内力等内容的监测工作，用科学的方法和可靠的数据来指导施工。

（4）在厚粘土层或钙质粘土层施工时，当井壁位移过快或膨胀过大时，采取在外壁与井帮之间加衬厚（不超过75mm）泡沫塑料板等措施。

（5）在厚粘土层或钙质粘土层施工时，在粘土层冻结壁上1毫米厚的塑料薄膜，防止混凝土中的水分侵入特厚粘土层，防止厚粘土层或钙质粘土层产生极大蠕变造成冻结管断裂，造成冻结管断裂、冻结壁破坏、淹井等事故。

4 结束语

杨村煤矿主井在施工中，注重冻结方案和井壁方案的优化设计，加强过程控制，严格的施工管理，运用先进压力测试技术，确保杨村煤矿主井安全优质成井，为以后杨村煤矿顺利投产打下良好基础。