李小偉 肖高潮

摘 要：本文針對某城郊礦東風(fēng)井局部井壁出現(xiàn)突水、潰沙的現(xiàn)象，提出了“井筒突水段注漿—地面凍結(jié)—井壁修復(fù)”的總技術(shù)路線，即井筒突水處搶險(xiǎn)注漿后，采用地面凍結(jié)法進(jìn)行井壁修復(fù)施工。結(jié)果表明：該項(xiàng)施工技術(shù)在礦井正常生產(chǎn)的前提下對井壁進(jìn)行修復(fù)，保證了井壁的整體性和抗壓能力。

關(guān)鍵詞：凍結(jié)法;井壁修復(fù);回風(fēng)井

中圖分類號：TD265.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0029-04

Application of Freezing Method in Shaft Lining Repair

during Operation of Return Air Shaft

LI Xiaowei XIAO Gaochao

（Henan Guolong Mining Construction Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Aiming at the phenomenon of water inrush and sand burst in the local shaft wall of Dongfeng shaft in a suburban mine， this paper put forward the general technical route of "grouting in the water inrush section - ground freezing - shaft lining repair"， that is， after the emergency grouting at the shaft water inrush place， the ground freezing method was used to repair the shaft wall. The results show that the construction technology can repair the shaft lining under the premise of normal production， and ensure the integrity and compressive capacity of the shaft lining.

Keywords： freezing method;shaft lining repair;return air shaft

1 項(xiàng)目概況

城郊礦東風(fēng)井井筒凈直徑5 m，井筒深494 m，受地表含水層下降及井下開采原因，-199.5 m處可壓縮層被嚴(yán)重破壞;井筒內(nèi)壁-199.5 m和-343.5 m段部分井壁被破壞，局部井壁出現(xiàn)突水、潰沙的現(xiàn)象。突水事故發(fā)生后，礦方積極應(yīng)對，迅速組織有關(guān)專家對東風(fēng)井突水的原因以及采取的應(yīng)急措施進(jìn)行討論，并及時(shí)成立專家組負(fù)責(zé)專門研究治水和井筒修復(fù)措施。

專家組在充分分析突水原因、突水過程和工業(yè)廣場地面變形的基礎(chǔ)上，提出了“井筒突水段注漿—地面凍結(jié)—井壁修復(fù)”的總技術(shù)路線，即井筒突水處搶險(xiǎn)注漿后，采用地面凍結(jié)法進(jìn)行井壁修復(fù)施工，分別在-347 m處和-287 m處破壁開槽，安裝兩道可壓縮層[1]。

2 項(xiàng)目施工技術(shù)難點(diǎn)

根據(jù)業(yè)主要求，在凍結(jié)壁有效厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求前，需要保證整個(gè)風(fēng)井系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所以在制訂凍結(jié)方案時(shí)，要考慮與常規(guī)立井凍結(jié)法施工的不同之處，主要有以下幾條。

①由于風(fēng)井不停止運(yùn)行，井筒內(nèi)處于一個(gè)相對穩(wěn)定的溫度區(qū)間，且不停地進(jìn)行熱交換，不利于凍結(jié)壁的正常發(fā)展。經(jīng)過實(shí)測，東風(fēng)井井口風(fēng)洞內(nèi)平均溫度為28.17 ℃，井底平均溫度為27.73 ℃，整體溫度較高，不利于凍結(jié)壁的發(fā)展。

②風(fēng)井正常運(yùn)行，凍結(jié)孔施工時(shí)必須有幾根凍結(jié)管穿過風(fēng)道與行人通道，需要采取措施解決。

③由于井筒處于運(yùn)行狀態(tài)，原來判斷凍結(jié)交圈的方法如大井法、水文孔觀測法等不能使用，需要選擇更多的方法來驗(yàn)證凍結(jié)壁是否交圈。

④凍結(jié)方案設(shè)計(jì)必須考慮凍脹壓力作用于井壁會對井壁再次造成破壞。

⑤施工現(xiàn)場永久建筑多，且已經(jīng)投用，施工臨時(shí)設(shè)施布置困難[2]。

3 凍結(jié)方案設(shè)計(jì)

本次凍結(jié)工程是在已建成的井筒周圍施工，主要目的是在表土段井壁周圍形成凍結(jié)壁，完全阻斷表土含水層與井筒的聯(lián)系，以便在井筒內(nèi)壁開槽安裝各段可壓縮裝置，這與常規(guī)建井中的凍結(jié)工程有所不同。

本次凍結(jié)的主要目的是防突水、涌沙現(xiàn)象，凍結(jié)工期比較短，凍結(jié)壁交圈即可。在井筒凍結(jié)期間，井筒還在進(jìn)行正常通風(fēng)，這對凍結(jié)壁的發(fā)展會造成一定的影響?？蒲袉挝煌ㄟ^計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算模擬井內(nèi)通風(fēng)對凍結(jié)壁形成的影響，得出了凍結(jié)管交圈時(shí)間、凍結(jié)布置圈外側(cè)主面和界面的凍結(jié)壁厚度及平均溫度、凍結(jié)布置圈內(nèi)側(cè)主面和界面的凍結(jié)壁厚度及平均溫度與各影響因素的相互關(guān)系，為本次設(shè)計(jì)提供了主要依據(jù)。凍結(jié)方案主要參數(shù)指標(biāo)見表1。

4 凍結(jié)施工

4.1 凍結(jié)造孔

根據(jù)凍結(jié)方案，凍結(jié)孔采用單圈布置方式，布置各類鉆孔41個(gè)，凍結(jié)孔工程量11 840 m;鉆孔總工程量14 454 m。選用泥漿的作用為攜帶巖粉、冷卻鉆頭和保護(hù)孔壁。針對地層中砂土層較多的特點(diǎn)，施工用泥漿由優(yōu)質(zhì)黏土、純堿、水解聚丙烯腈按配比組成。

凍結(jié)造孔工藝流程：鉆孔定位→開孔鉆進(jìn)→注漿堵漏→測斜糾偏→終孔測斜→凍結(jié)管下放、試壓[3]。

4.2 地面注漿

凍結(jié)孔鉆進(jìn)過程中10～100 m消耗泥漿較嚴(yán)重，特別是井筒壓縮層層位出現(xiàn)漏漿情況，并造成12號孔在孔深216 m處埋鉆，23號孔在孔深200 m處埋鉆。根據(jù)永煤公司和礦方開會研究討論，結(jié)合凍結(jié)孔施工情況，決定選用東風(fēng)井地面注漿站3NBB-260/7型泥漿泵2臺，采用地面注漿堵漏施工措施。