李彬（冀中能源峰峰集团锡盟查干淖尔矿筹建处，河北邯郸 056200）

查干淖尔矿主立井井筒冻结设计方案比选

李彬
（冀中能源峰峰集团锡盟查干淖尔矿筹建处，河北邯郸 056200）

查干淖尔矿主立井井筒净直径φ6.8m，井壁厚度为0.65m+0.70m，井筒深度298m。根据地质资料显示，主立井所穿地层有第四系、第三系和白垩系地层，所穿地层大多以软岩类岩石为主，稳定性差，承载力小，特别是泥岩、粘土（岩）遇水易软化、膨胀，井田内第四系为松散孔隙含水层，富水性较强，白垩系地层含水量中等，井筒采用普通法施工难度太大。该文以查干淖尔矿主立井为例，提出主立井井筒冻结法施工方案，为以后内蒙白垩纪膨胀软岩及大硐室冻结施工积累了经验。

井筒 膨胀 软岩 大硐室 施工

1　原已施工井筒破坏情况

查干淖尔一号井回风立井井筒、副立井井筒工程，在施工过程中，两个井筒均出现不同程度的井壁开裂、脱皮、露筋现象，副立井外壁73.5m～94.5m段发生井壁开裂，回风立井外壁86.6m～134m段发生井壁开裂、脱皮，经过地层对比，发生开裂部分位于白垩系泥岩岩层中，属软岩类，膨胀性较大。

2　冻结方案

2.1结合地层岩性，冻结工程方案设计思路如下

方案Ⅰ：井筒主+辅孔冻全深和硐主+辅孔异径局部冻结方式。

方案Ⅱ：井筒外、内插花冻全深+防片帮孔和硐外、内插花异径冻全深冻结方式。

2.2冻结技术参数的确定

主立井井筒深度298m，冻深308m，预留10m保护段，掘砌深度298m，起算标高按井口±0.0m，绝对标高+1038m。以白垩系泥岩作为冻结控制层位，控制层位取298m，冻结壁平均温度取-12℃。积极期盐水温度-28℃。

2.3冻结壁厚度计算

依据井筒地层条件，控制层位为298m。根据维亚洛夫--扎列茨基有限长塑性壁筒E=31/2*（1-φ）*h*P/［σ］和《煤矿冻结法开凿立井工程技术规范》（MT/T1124-2011）有限长黏塑体按强度条件E=31/2*（1-）*k*h*P/［σs］计算冻结壁厚度，计算参数及结果见冻结壁计算参数表1、2。

根据以上两种公式计算冻结壁厚度，借鉴类似井筒冻结施工经验，控制层298m，冻结壁厚度取6.0m。

2.4测温孔设计

表1　冻结壁计算参数表

表2　冻结壁计算参数表

布置4个测温孔，孔深308/270m。测温管采用Φ127×5mm无缝钢管，外接箍连接方式，接箍Φ140×5mm。测1布置于地下水流上方主孔外侧主面上，距冻结孔布孔圈径1.3m；测2布置于井筒内侧孔最大孔间距处。测3布置装载硐室内侧孔最大孔间距处。测4布置于装载硐室拐角外侧，距冻结孔布孔圈径1.3m。

2.5水文孔设计

根据地质资料及井筒情况，设置1个水文孔，深度65m，分析判断冻结壁交圈情况。水文管采用Φ127×5mm无缝钢管，外接箍连接方式，接箍Φ140×5mm。

2.6冻结施工工期安排及钻孔工程量

施工准备期15天，不含在总工期内，钻机台月效率暂按2200m计。

外壁掘砌速度60m/月，套壁速度300m/月（综合掘砌速度按50m/月，如掘砌速度减少，工期相应增加）。即外壁掘砌149天，套壁30天，装载硐室按预留情况考虑，维护冻结期增加90天。

主要含水层最大孔间距按1.9m计算，预计43天交圈，开机至试挖50天，主立井开挖后冻结179天/269天。

2.7冻结方案比选

（1）方案Ⅰ：采用井筒主+辅孔冻全深和硐主+辅孔异径局部冻结方式。

井筒主孔62个，深度308m。硐室30个，深度270m，冻结孔工程量27196m。

此方案是按190m以下基岩普氏系数小于1.0，软岩，需强化冻结，冻结控制层298m，冻结壁厚度6.0m。装载硐室孔深270m，硐室底板下部只冻结了10m。冻结管结构设计硐室孔220m以上采用了φ127×5异径管冻结，其余采用φ140×5无缝管冻结。井筒需冷量376.478万大卡/小时，需配备8套冷冻机组。

（2）方案Ⅱ：采用井筒外、内插花冻全深+防片帮孔和硐外、内插花异径冻全深冻结方式。

井筒主孔43个，深度308m，防孔16个，深度140m。硐室孔39个，深度308m，冻结孔量27496m。

此方案控制层298m，冻结壁厚度6.0m。防片帮孔距离荒径1. 3m，深度140m，按外壁掘砌速度60m/月，掘砌120天到该孔时，内孔冻土可发展到荒径。如防孔冻土发展快，及早进入荒径，可及时调整或关闭，即可少挖冻土，也不影响冻结壁厚度。硐室处布孔加密，比方案Ⅱ硐室孔多9个，布设6个加强孔，是考虑装载硐室断面大，上、下顶底板全部冻结，确保安全。为节省冷量，设计硐室冻结孔220m以上采用了φ127×5异径管冻结，其余采用φ140×5无缝管。井筒需冷量378.123万大卡/小时，配备8套机组。

方案Ⅱ与方案Ⅰ比较，冻结孔工程量略大，多300m冻结孔工程量，但在满足冻结壁厚度情况下，即少挖冻土，又加强了装载硐室冻结。在费用相差不大情况下，方案Ⅱ比较安全。经过两种冻结方案比选，建议采用方案Ⅱ，即井筒外、内插花冻全深+防片帮孔和硐外、内插花异径冻全深冻结方式。