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摘要：煤礦立井井筒建設采用凍結鑿井施工法由來已久，由于凍結法鑿井適用范圍廣、安全系數高，尤其是沖積層埋深較大和含水地層更是優選鑿井支護方法，在全國各地被廣泛采用。寧夏地區作為我國重要的儲煤重地，凍結鑿井法在紅一煤礦的運用尚屬首例。凍結鑿井施工法在本工程的成功使用，將拓寬當地煤炭資源開采的程度。通過分析3個井筒的凍結過程，總結凍結過程控制關鍵步驟，為后續開展施工的類似工程提供參考，為西北地區礦井建設探索一條新的途徑。

關鍵詞：煤礦井筒；凍結施工；質量控制

0前言

凍結法于1883年由德國工程師波茨舒獲得專利，我國于1955年首次在開灤煤礦林西風井中應并獲得成功。早期的凍結技術應用較為簡單，表土層薄、地壓小，大部分井筒采用現澆砼單層井壁結構。凍結法因其具有適應性強（原則上凍結法可在各類土層中應用，可與許多邊界條件及要求相適應）；封水可靠（可實現人工干挖施工，有利于保證各類結構的施工質量）；利于環保（無異物進入土壤，對周圍環境擾動小）等優點而被廣泛應用于礦井、市政、隧道等工程中。

1紅一煤礦工程地質條件

紅一煤礦位于寧夏回族自治區東北部，銀川市興慶區境內。井田西南距銀川市約30km，東距內蒙古自治區鄂托克前旗約70km，南距臨河鎮約10km，隸屬于紅墩子礦區。礦井設計產量2.4Mt/a，為滿足日后生產需要，紅一煤礦設計布置主副風3個井筒，井筒凍結深度均為400m，沖積層主要分布第四系與古近系，以黏土粉質黏土居多。西部地區凍結的主要對象賦存基巖承壓含水層，靜水位高，水壓大。較之東部地區，西部地區地質條件之復雜，在世界上是罕見的。紅一煤礦3個井筒均采用凍結施工法掘砌，防止井筒掘砌過程中凍結壁破碎和井壁片幫是此次工程控制的重點。作為寧夏地區第一個采用凍結法施工，并取得成功的礦井。本文以紅一煤礦3個井筒復雜地質條件下井筒的凍結過程為背景，通過分析建設過程中存在的關鍵技術難題，進行滿足工程需要的技術研究工作，總結凍結施工過程控制關鍵步驟，從而有效確保該井筒安全、高效和快速地建成。同時對類似地質條件下工程開展與施工提供有益參考。

2施工方案設計

由于凍結施工作為井筒掘砌施工的措施工程，施工方案設計時就必須考慮好與掘砌施工的搭接配合。（1）為保證凍結壁具備足夠厚度、強度，設計了三圈凍結孔布置方式：①主凍結孔作為凍結壁形成主要的輸送冷量通道，孔間距要合規合理，設計應力求既滿足凍結交圈時間要求，又要節約材料便于施工；②輔助凍結孔在輔助主凍結孔形成凍結壁的同時，又肩負凍結冷量向井筒中心擴散的調節作用；③防片幫孔起到掘砌過程中控制掘砌荒徑偏幫的作用。（2）三圈凍結孔的布置方式在該工程取得了顯著效果：①凍結壁交圈時間段，水文孔冒水早。實現了早日開始井筒掘砌，為縮短建井工期奠定了基礎。通過該工程得出在西北地區實現地層凍結早日實現凍結壁交圈的主凍結孔孔間距為1.2~1.4m。②防片幫孔在井筒掘砌過程中也達到了設計目的，主凍結孔距掘進荒徑距離遠，開挖較早，施工工序磨合度不高，空幫時間長，荒徑受外部環境影響大，在沖積層含水少易風化的情況下，很大程度上避免了荒徑片幫，既減少了材料的損耗，又提高了掘砌速度。③輔助凍結孔的設置起到了承上啟下的作用，它向外與主凍結孔向內擴散的冷量接應，向內補給防片幫孔，實現了冷量的疊加效應，加速了凍結壁的形成，保證了凍結壁強度。

3施工過程管理

（1）凍結造孔階段，凍結孔偏斜控制：沖積層和基巖風化帶、基巖中的主凍結孔偏斜率分別控制在2.0‰以內和3.5‰以內。同時結合靶域控制保證終孔最大孔間距滿足設計要求。凍結造孔孔間距的有效控制對凍結交圈時間預測和后期凍結壁強度計算，有著至關重要的作用。（2）積極凍結期，凍結站供冷量必須充足，一般凍結站裝機制冷量是凍結需冷量的3倍以上，這樣既能夠滿足凍結壁早日交圈凍結量的需求，又便于凍結站設備維護管理。為實現早日交圈上水凍結單位采用低溫大流量的送冷方式，使冷媒盡快達到-30℃以下，凍結器單孔流量保持12m3/h運行。（3）維護凍結期，凍結壁達到設計要求后根據井筒掘砌速度，凍結過程由積極凍結期轉入維護凍結期，凍結單位及時調控凍結器運行狀態，以便于控制凍土擴入荒徑。過多既浪費了冷量，消耗了能源，又造成掘砌單位施工困難，最終導致工期延長，成本增加。

4結語

紅一煤礦主副風井井筒凍結按照既定設計方案執行，通過效果檢驗是成功的，凍結交圈時間符合預期，凍結段施工期間井筒掘砌未發生透水事故，實現了掘砌過程干作業，為井筒表土掘砌提供了安全保障，凍土擴展的合理控制保證了掘砌速度，為整個礦井建設節點工期完成提供了保證。寧夏回族自治區是我國西北地區儲煤大省，煤炭資源豐富，開發利用率有很大的提高空間。紅一煤礦井筒掘砌采用凍結的成功，為后續礦井建設提供了寶貴的經驗數據，拓寬了復雜地層井筒建設的范圍，是一次成功的嘗試。

參考文獻：

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作者:李瑞 單位:寧夏能源鋁業