塔什店煤礦風井凍結(jié)法施工中井壁保護技術(shù)

李海營 李 寧

(1.冀中能源邢礦集團新疆煤礦工作處，新疆 庫爾勒 841000； 2.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013)

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塔什店煤礦風井凍結(jié)法施工中井壁保護技術(shù)

李海營1李 寧2

(1.冀中能源邢礦集團新疆煤礦工作處，新疆 庫爾勒 841000； 2.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013)

介紹了塔什店風井凍結(jié)施工主要的凍結(jié)參數(shù)，論述了風井溫控系統(tǒng)的設(shè)計方法，并從大圈徑布置凍結(jié)孔、異徑凍結(jié)、溫控孔保障等方面，提出了已成型井壁的保護措施，達到了凍結(jié)法施工中已成井壁完好無損的效果。

煤礦風井，凍結(jié)法，井壁，溫控系統(tǒng)

1 工程簡介

塔什店礦區(qū)一號礦采用立井開拓，布置三個井筒：主立井、副立井及中央回風立井。主、副、風井前期均采用普通法施工，副井施工至345.8 m時(剛進入第三系桃樹園組)，井底開始涌水，涌水量為430 m3/h。鑒于副井涌水情況，主井和風井分別掘進到345.3 m和336.7 m時停止掘進，井底進行密封處理，并且全部采用凍結(jié)法施工。風井上部已成井筒參數(shù)見圖1。這種由普通法轉(zhuǎn)凍結(jié)法施工的井筒存在上部已成井壁保護的問題，若保護措施不到位，會導致上部已成井壁因凍脹發(fā)生破壞，塔什店風井也存在同樣的問題，為此對該凍結(jié)工程中上部已成井壁保護進行了深入研究，制定了詳細方案，并在工程中應用實施，取得了較好效果。

2 主要凍結(jié)參數(shù)

1)凍結(jié)方式：凍結(jié)孔采用異徑凍結(jié)器齊腿全深凍結(jié)。2)布孔方式：33個凍結(jié)孔均布在13.8 m的圈徑上，孔間距為1.312 m。3)凍結(jié)管：凍結(jié)孔333 m以上采用φ133×5 mm的優(yōu)質(zhì)20號低碳鋼無縫鋼管，333 m以下采用φ159×6 mm的優(yōu)質(zhì)20號低碳鋼無縫鋼管。4)凍結(jié)鉆孔偏斜控制采用組合控制：偏斜率、靶域半徑。偏斜率控制范圍為：≤2.5‰；靶域半徑1.0 m；以確?？组g距不得大于2.7 m。5)設(shè)計凍結(jié)壁平均溫度控制層設(shè)計凍結(jié)壁平均溫度低于-8 ℃。6)根據(jù)扎維公式及選取控制地層深度，確定風井井筒的凍結(jié)壁設(shè)計厚度為3.4 m。

3 溫控系統(tǒng)設(shè)計

為保護井筒上部已成型井壁，在井筒周邊布置一圈溫控孔，溫控孔布置圈徑9.6 m，距離井壁1.2 m。在凍結(jié)鋒面發(fā)展至溫控孔時，循環(huán)熱鹽水，以保證井壁周圍土層溫度在0 ℃以上。

風井采用一進一回溫控孔循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)采用正循環(huán)方式。鹽水比重取1.13，循環(huán)水溫度：10 ℃～12 ℃，鹽水流量：單孔10 m3/h，流量120 m3/h。根據(jù)數(shù)值分析，溫控孔熱交換系數(shù)最大150 kcal/(m2·h)，裝配一臺0.5 t熱水鍋爐。

風井溫控孔循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計見表1。

4 井壁保護措施

表1 溫控孔循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

1)大圈徑布置凍結(jié)孔：凍結(jié)孔采用大圈徑凍結(jié)孔布置形式，布置圈徑13.8 m，距離下部掘砌荒徑2.8 m，距離上部砌筑好的井壁3.3 m～3.6 m。大圈徑凍結(jié)孔布置形式，可以保證凍結(jié)一定天數(shù)內(nèi)井壁外側(cè)地層溫度仍為正溫，減小因凍結(jié)引起的土體凍脹的影響，減少凍結(jié)壓力對上部井壁的作用。

2)異徑凍結(jié)：上部已成型井壁設(shè)計凍結(jié)管管徑為133 mm無縫鋼管，下部需凍結(jié)層位設(shè)計為159 mm無縫鋼管。采用異徑凍結(jié)設(shè)計可以達到減少上部凍結(jié)器的散熱面積，減小上部已成型井壁地層凍結(jié)壁發(fā)展速度，確保下部凍結(jié)壁達到設(shè)計強度時，上部凍結(jié)壁向內(nèi)發(fā)展較少，以減小凍結(jié)壁向內(nèi)發(fā)展而產(chǎn)生的凍脹力。

3)溫控孔保障：主凍結(jié)孔距離已成型井壁3.3 m，在凍結(jié)施工過程中要求主凍結(jié)孔靶域+偏斜率控制，且要求內(nèi)偏不允許超過300 mm，確保主孔與已成型井壁之間的距離。為了保護已成型井壁，在井筒周邊布置一圈溫控孔，通過將凍結(jié)孔傳導的冷量重新帶回地面加熱的循環(huán)方式，保證已成型井壁外側(cè)的地層溫度維持在0 ℃以上。

4)數(shù)值分析：目前采用ANSYS數(shù)值模擬軟件進行分析凍結(jié)壁溫度場已經(jīng)比較成熟，可先進行數(shù)值模擬凍結(jié)壁溫度場，如模擬得到的溫度場與實測溫度場一致，則可加入熱流密度至溫度控制孔，以模擬溫度控制孔加熱后形成的溫度場。將模擬得到的溫度場與應力場進行耦合，計算出作用到已成型井壁上的凍脹力。

5 保護效果

在采用上述綜合井壁保護方案后，整個凍結(jié)鑿井過程中上部已成井壁均為正溫，沒有發(fā)生變形掉塊等現(xiàn)象，鑿井過程中溫控孔溫度在7.5 ℃以上，見圖2，下部凍結(jié)段掘進效果良好，達到設(shè)計要求。

6 結(jié)語

1)塔什店風井井筒凈直徑5.5 m，凍結(jié)深度為505 m，在第三系桃樹園組含有巨厚流沙層，凍結(jié)工程實施順利。

2)在事故礦井的二次凍結(jié)過程中，在采取相關(guān)技術(shù)措施后，水文孔也能報道地層凍結(jié)交圈情況。

3)采用擴大凍結(jié)孔的布置圈徑，以及在凍結(jié)孔與已成型的井壁之間內(nèi)側(cè)布設(shè)溫控孔的技術(shù)手段，可以有效的保護了已成井壁的完好。

[1] 李 寧.已成型井壁保護技術(shù)在核桃峪副井中的應用[J].煤炭技術(shù),2015(258)：92-93.

[2] 李 寧.核桃峪副井凍結(jié)工程難點及解決對策[J].煤炭技術(shù),2015(259)：50-51.

The wall protection technology in the construction of freezing Tashidian coal mine

Li Haiying1Li Ning2

(1.XinjiangCoalMineSection,JizhongEnergyXingkuangGroup,Kuerle841000,China; 2.BeijingChinaCoalMineEngineeringCo.,Ltd,Beijing100013,China)

This paper introduced the main freezing parameters of Tashidian coal mine shaft freezing construction, discussed the design method of wind shaft temperature control system, and from the big circle diameter arrangement of freezing hole, reducing freezing, temperature hole protection and other aspects, put forward the protection measures of formed borehole wall, reached the good condition of borehole wall in freezing method construction.

coal mine shaft, freezing method, borehole wall, temperature control system

1009-6825(2016)05-0108-02

2015-12-09

李海營(1973- )，男，工程師

TU753.8

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