板集煤矿风井冻结工程施工技术保证措施

【摘要】本文简要介绍了国投新集能源公司板集煤矿风井冻结工程施工过程中的技术保障措施，包括冻结孔施工技术保证措施、冻结制冷技术保证措施以及工程难点及应对措施等。对煤矿风井冻结工程施工有参考价值。

【关键词】冻结孔施工冻结制冷冻结控制

国投新集能源公司板集煤矿设计生产能力300万吨/年，采用立井开拓，在一个工广内布置主、副、风三个立井。由于三井井壁遭到破坏，致使整个矿井被淹。经专家会议研究，决定采用冻结法进行修复。矿区工广内道路、水、电及通讯设施已全部形成，各种施工条件都比较便利。本文介绍一下施工过程中的技术保障措施。

一、冻结孔施工技术保证措施

（1）基岩段为了实现摆锤减压钻进，以改善钻孔偏斜，并实现钻进不提钻连续测斜，提高钻进效率，本工程设计出“108×108主动钻杆+Ф89钻杆+Ф168扶正器+Ф89钻杆+Ф150钻铤+Ф171.4三牙轮钻头和三牙轮球齿钻头”的钻具组合。

（2）严格按设计孔位开孔，开孔误差控制在±10mm，开孔时必须保证天轮中心、转盘中心、孔位中心三点一线，并垫实钻机底盘，保证钻机稳固和开孔质量。任何孔不得随意移位，移位必须经项目经理同意。

（3）根据提供的井筒检查孔地质资料，为了确保钻孔质量，严格采用优质化学泥浆护壁、携带颗粒，其泥浆参数为：粘度：30～35秒；比重：1.15～1.27 T/m3之间；含砂量

（4）为防止钻孔施工时出现严重漏浆现象，应在地面设置一座制泥站及储浆池，首先要备足5～6个孔的优质浆方可开钻，以便途中漏浆及时补给。

（5）钻孔偏斜按靶域控制。超过规定必须进行纠偏，先采取垫架、扫孔、扩孔等简单方法处理，如仍无效果，则采用螺杆钻具定向纠偏。

（6）钻孔施工使用Ф160mm钻铤，每机不少于2根。钻进时，应按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，选用合适型号的钻头，表土用Y3、基岩用Y6、砾石层用球齿。钻孔操作要求做到均压、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小。

（7）加尺或更换钻头时，钻具应下到距孔底0.3～0.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲孔。停电时，应将钻具提至安全深度。停电超过2小时，应将钻具全部提出并向孔内注满泥浆；对所有钻具应经常认真检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用；终孔时应复核钻具全长，并冲孔将岩粉排净，再下管。

（8）水文孔按设计要求施工，下管前应认真在地面配组，下管时应指定专人监督焊接质量，焊接应严密，确保水文孔正常工作。

（9）测温孔布置在相邻冻结孔终孔间距较大的界面上。具置由现场项目技术负责人和项目经理共同商定。测温管采用外管子箍焊接连接，确保焊接质量，经空置48小观察不得渗漏。下管后进行成孔测孔，并及时绘制偏斜平面图。

（10）冻结孔钻进采用灯光配合陀螺仪测斜，逐点把关，确保钻孔质量。终孔后进行成孔测斜，并及时绘制钻孔偏斜平面图。

（11）冻结管使用20号低碳无缝钢管，采用内衬管焊接连接，管端打坡口分层焊接，上下管距应控制在2～4mm之间。使用前认真检查冻结管质量，严禁使用弯曲、变形或有质量问题的冻结管。管箍材质与冻结管相同，且焊接采用J422低碳钢焊条，焊缝应饱满无砂眼，焊接完成后冷却后方可下入钻孔。

自制的低碳钢底锥，应增设加强板。每孔冻结管下完后，应及时进行水压试漏，经30分钟压力下降不超过0.05Mpa，再延长15分钟压力不下降为合格，然后加盖密封。

（12）冻结管应进行地面配组，丈量全长，做好记录；下管时应清除管内异物，保持清洁；电焊工要一次焊完一个成孔，不得中途换人接焊，且焊完一孔管后应即时在原始记录表上签字；试压封口后，应及时将冻结管周围的空隙用土填实，防止泥浆串孔；冻结管下入深度应和孔深相符，与设计孔深的误差为0～+1000mm。

针对该矿井地层特点，为保证冻结孔的质量满足冻结施工要求，应坚持防偏为主、纠偏为辅的原则，另制定“防偏、防漏”措施，内容包括钻机的砼盘基础应保证坚固、平整（水平误差≤±5mm）；开孔时要加上1m长的短加重管来保证开孔垂直度；使用Y6牙轮钻头或XHP3镶齿钻头时，每钻进30～50m时，对出现牙轮偏磨或牙轮卡死的钻头应坚决换掉；钻杆应始终保证垂直；扶正器应选用直径为168mm的粗径钻具，且表面应镶焊螺旋筋，并在筋板上喷镀碳化钨；钻进过程中应根据地层变化调整合适的钻压；遇到容易产生孔斜的层位，应适当放慢钻进速度，增加测斜次数，钻孔偏斜发展趋势不能保证冻结施工要求时，要及时采用纠斜钻头下至出现偏斜部位2～3m处进行处理；钻进过程中应随时注意观察泥浆流量主泵压，发现泥浆流量变小，不可强行钻进，泥浆大量漏失时应向泥浆中加入粘土和火碱，等等。

二、冻结制冷技术保证措施

（1）按《矿山井巷工程施工及验收规范》要求及企业内部质量标准安装冷冻站，设备安装前应认真检修、除锈，制冷附属设备严格按标准要求进行打压试漏，使用的各种阀门在安装前要进行彻底检修，确保阀门开启灵活，关闭严密；

（2）冷冻站安装完毕后要认真进行系统打压、试漏及抽真空密封性能试验，试验合格后，要进行系统排污；

（3）冻结器中下放Ф75×6mm聚乙烯供液管，下放前要进行畅通试验及外观检查，确保冻结器正常工作；

（4）盐水系统要设过滤网，防止杂物进入冻结器，造成冻结器堵塞；

（5）冻结运转前要调查并测量周围水井及水文孔水位、水温等情况，为冻结运转后判断冻结壁交圈做必要的技术准备；

（6）加强制冷运转期间制冷系统、盐水系统、清水系统的各种技术参数的监测，确保较高制冷效率。为了便于技术分析，坚持质量日报制度，发现异常情况及时汇报，及时处理；

（7）加强冷冻站盐水箱盐水水位的观测，盐水箱安装自动液位报警器，并确保报警器工作灵敏可靠；

（8）加强盐水流量、温度、井帮温度、测温孔温度等观测与分析，加强组织领导，工程技术人员应深入现场了解情况，发现问题及时处理；

（9）加强与建设方、掘进单位、设计单位的配合，做好各项工作，为井筒安全顺利地施工创造良好的工作条件。加强各种记录、报表的收集、整理工作，以便查阅；

（10）冻结孔的施工质量是影响冻结施工的关键之一，对冻结孔的耐压程度、偏斜及深度要进行复测，确保冻结孔的质量；

三、工程难点及应对措施

本工程是在井壁已经成型的基础上进行冻结施工的特殊工程，如何减少冻胀对井壁的影响是本工程的一个难点，应对措施如下：

1、冻胀力的释放

融土变成冻土势必体积增加，井筒开始冻结后，随着时间推移，冻土体积发生膨胀，由于受到井壁及地层的约束作用，从而产生冻胀力，冻土体积越大，约束条件越苛刻，冻胀力越大。如何减少冻胀力，本工程设置水文孔（卸水孔），在内圈孔与井壁之间设置若干水文孔，冻结前期，可以使内圈孔与井壁之间的冻胀力通过此孔内水的溢出来减小冻胀力对井壁的作用，从而达到保护井壁的目的。

2、冻结过程中的控制

常规冻结工程一般通过水文孔冒水判断冻结壁的交圈，冒水7天后井筒可以进行开挖。本工程不同于常规冻结工程，由于井筒已经存在，通过设置水文孔判断交圈无法实现，故判断冻结壁交圈的方式较为复杂。本工程只有通过测温数据分析判断冻结壁发展情况，从而推算出冻结壁交圈时间及达到设计厚度的时间，并通过控制井壁外缘温度不低于-3度为控制目标，采用有限元计算分析软件实时分析冻结交圈情况，通过控制盐水温度及流量，对冻结过程进行动态控制，力求使冻结壁各项发展参数达到设计要求。

另外，施工中要注意进度，做到钻孔施工233天，冷冻站安装60天（与钻孔平行作业），冻结准备10天，井壁修复前前冻结145天，总工期（不含拆除工期）388天。