CN103726852B - 一种斜井步进式冻结施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种斜井步进式冻结施工工艺，在每个冻结段中在前的冻结孔根据掘进速度及积极冻结时间动态、循序渐进逐排滚动投入，而不拘泥于冻结造孔时所分的段长，一次全部投入，这样的投入方式增加了投入的灵活性和动态性，实现了冻结的动态调整与控制，降低了盐水温度波动范围，有利于冻结站的维护运转，降低冻结站的装机容量，实现了冻结与掘进的默契配合。

Description

一种斜井步进式冻结施工工艺

技术领域

本发明涉及矿山冻结的技术领域，尤其涉及一种斜井步进式冻结施工工艺。

背景技术

近年来，国内外许多新建和改扩建的矿井，包括开采深度较深的大型矿井，都趋向于采用斜井开拓或斜井—立井综合开拓方式。斜井开拓在技术上和经济上要比立井有利的多，具有投资少，速度快、成本低的优点。当斜井井筒穿过厚表土或含水岩层等复杂地层时，普通法凿井和注浆法都难以顺利通过时，一般采用冻结法。

目前国内所有的斜井冻结均采取垂直孔冻结，垂直孔冻结造孔施工量大，少则上万米，多则十几万米，造孔施工速度严重制约斜井冻结施工进度，同时投入积极冻结的时间也影响着冻结效果，决定着能否实现少挖冻土或不挖冻土的目标能否实现。合理确定积极冻结投入时间，对降低斜井冻结工程成本，使斜井冻结更加优化，建井更加快速、高效有着十分重要的现实意义。

斜井冻结与立井冻结在投入积极冻结过程中有着显著的差异，立井一般情况下一次性全部投入积极冻结，而斜井冻结是沿井筒中心线方向沿线布置冻结孔，投入时不可能一次投入。目前斜井冻结一般均采用分段分期局部冻结，冻结投入时按照造孔施工时的分段一次性全部投入积极，这种投入方式会导致每段段首冻结满足设计要求时，待掘进至段中或段尾时冻结太实，给掘进施工带来困难，同时也违背了少挖或不挖冻土的布孔原则。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种斜井步进式冻结施工工艺，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：目前斜井冻结一般均采用分段分期局部冻结，冻结投入时按照造孔施工时的分段一次性全部投入积极，这种投入方式会导致每段段首冻结满足设计要求时，待掘进至段中或段尾时冻结太实，给掘进施工带来困难，同时也违背了少挖或不挖冻土的布孔原则。

为解决该技术问题，本发明公开了一种斜井步进式冻结施工工艺，其特征在于：在每个冻结段中在前的冻结孔根据掘进速度及积极冻结时间动态、循序渐进逐排滚动投入。

其中，具体步骤如下：

第一步：斜井冻结孔造孔施工、冻结管下放、供液管下放，冻结器安装

第二步：冻结站制冷系统、清水系统、盐水循环系统安装；

第三步：初始段整段投入积极冻结；

第四步：第二段两侧边排孔全部投入积极冻结；

第五步：第二段第一排中间冻结孔根据掘进速度、初始段设计的积极冻结时间、初始段冻结段长及冻土试验中提供的冻土发展速度、第二段积极冻结时间确定投入时间并投入积极冻结；

第五步：第二段第二排中间冻结孔投入积极冻结至第二段最一排中间孔投入积极冻结；

第六步：初始段开始掘进；

第七步：根据实际统计的掘进速度、经验证后的冻土发展速度及调整后的积极冻结期，确定第三段冻结孔投入冻结的时间，要求始终保证后续各段的每排冻结孔投入时间至掘进到此处的时间与此处满足掘进条件所需积极冻结时间相同或稍长。

第八步：第三段边冻结孔投入积极冻结，第三段中间冻结孔逐排投入积极冻结，以后各段均按此法投入积极冻结，直到全部冻结孔投入完成。

其中：投入过程根据实际掘进速度及开挖实测井帮温度进行实时动态调整，与掘进施工密切配合。

通过上述结构可知，本发明的斜井步进式冻结施工工艺具有如下技术效果：

1、通过步进式投入，在整个过程中局部保温效果明显，实现了局部冻结，实现了掘进时少挖冻土或不挖冻土的目的；

2、保证了斜井冻结上部非有效段冻结保温效果，减少了冷量损失，达到了节能降耗、降低成本的效果；

3、解决了目前斜井冻结施工与掘进施工不能密切配合，不能实现斜井冻结少挖冻土的技术难题。

本发明的详细内容可通过后述的说明得到。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的斜井步进式冻结施工工艺就是在每个冻结段中在前的冻结孔根据掘进速度及积极冻结时间动态、循序渐进逐排滚动投入，而不拘泥于冻结造孔时所分的段长，一次全部投入，这样的投入方式增加了投入的灵活性和动态性，实现了冻结的动态调整与控制，降低了盐水温度波动范围，有利于冻结站的维护运转，降低冻结站的装机容量，实现了冻结与掘进的默契配合。

由此，本发明的具体步骤如下：

第一步：斜井冻结孔造孔施工、冻结管下放、供液管下放，冻结器安装

第二步：冻结站制冷系统、清水系统、盐水循环系统安装；

第三步：初始段整段投入积极冻结；

第四步：第二段两侧边排孔全部投入积极冻结；

第五步：第二段第一排中间冻结孔根据掘进速度、初始段设计的积极冻结时间、初始段冻结段长及冻土试验中提供的冻土发展速度、第二段积极冻结时间确定投入时间并投入积极冻结；

第五步：第二段第二排中间冻结孔投入积极冻结至第二段最一排中间孔投入积极冻结；

第六步：初始段开始掘进；

第七步：根据实际统计的掘进速度、经验证后的冻土发展速度及调整后的积极冻结期，确定第三段冻结孔投入冻结的时间，要求始终保证后续各段的每排冻结孔投入时间至掘进到此处的时间与此处满足掘进条件所需积极冻结时间相同或稍长。

第八步：第三段两侧边排孔冻结孔全部投入积极冻结，第三段中间冻结孔逐排投入积极冻结，以后各段均按此法投入积极冻结，直到完成。

其中，在投入过程中可根据实际掘进速度及开挖实测井帮温度进行实时调整，使后续各个冻结孔采用步进式投入更加合理，直至全部投入完成，这样就能实现冻结与掘进密切配合，为快速掘砌创造有利条件。

工程实践

李家坝煤矿回风斜井坡度为24°，开挖尺寸为宽度6.1m，高度6.05m。顶、底板冻结壁厚度为6.0m，侧墙冻结壁厚度为3.2m。整个冻结宽度范围为12.5米，冻结斜长范围为：215.7～368.2米，总斜长152.5米，水平长度139.5米，共分四段冻结，每段端头增加一个加强孔进行强化冻结，沿斜井长度方向布置5排冻结孔，A、B排及D、E排排间距2.5m，其它排间距为2.6m。具体分段情况见表1：

表1李家坝煤矿回风斜井冻结分段情况表

李家坝煤矿回风斜井冻结孔具体设计参数见表2。

表2李家坝煤矿回风斜井冻结孔设计参数表

李家坝回风斜井于2012年3月26日开始造孔施工，6月17日造孔全部结束，历时89天，累计造孔47968米，钻机月台效率超过3230米/月台，实现了快速造孔施工。

回风斜井冻结第一段及第二段段采用的是一次性全段投入法，分别于2012年5月20日，7月2日投入积极冻结，盐水温度降温曲线及测温孔降温曲线均显示得到良好改善。

因回风斜井掘进速度十分缓慢，每月掘进速度小于20米/月，导致回风斜井第二段冻结时间超过120天，开挖区域温度偏低，井筒全部冻实，中间冻结管保温效果基本没有，未实现少挖冻土的设计目的，通过工程实测得出中间保温仅能保证在70天左右发挥作用，冻结时间超过90天后，中间保温效果基本消失。

李家坝煤矿回风斜井第三、四段冻结投入时根据掘进施工速度采用了步进式冻结，开挖后实测开挖区域温度曲线，可以明显得到：无论何种投入法开始阶段中间保温效果显著，随着冻结时间的延长，一次性投入法保温效果明显降低，不能实现不挖冻土或少挖冻土的目的，但是通过采用步进式冻结后，从实测开挖区域温度可以看出，从始至终保温效果明显，实现了少挖冻土或不挖冻土的目的。同时也验证了斜井冻结上部非有效段冻结保温效果，实现了减少冷量损失，达到了节能降耗、降低成本的目标，2013年5月10日李家坝煤矿回风斜井顺利通过富含水软弱地层，标志着李家坝煤矿回风斜井冻结取得成功。李家坝煤矿主斜井采用相同的冻结施工工艺，2013年11月26日顺利通过冻结段，掘进速度提高了约30%，节省冻结运转电费约300万元，取得了良好的经济效益和社会效益。

由此可见，本发明的优点在于：

1、增加了斜井冻结投入的灵活性和动态性，可以根据掘进施工速度动态投入，实现了冻结的动态调整与控制，降低了盐水温度波动范围，有利于冻结站的维护运转，减少冻结站的装机容量，使冻结与掘进配合更加默契，整个过程中保温效果明显，实现了少挖冻土或不挖冻土的目的；

2、实现了斜井冻结上部非有效段冻结保温效果，从而减少冷量损失，达到了节能降耗、降低成本的效果；

3、解决了目前斜井冻结施工与掘进施工不能密切配合，不能实现斜井冻结少挖冻土的技术难题。

以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种斜井步进式冻结施工工艺，在每个冻结段中在前的冻结孔根据掘进速度及积极冻结时间动态、循序渐进逐排滚动投入，其特征在于具体步骤如下：

第一步：斜井冻结孔造孔施工、冻结管下放、供液管下放，冻结器安装

第二步：冻结站制冷系统、清水系统、盐水循环系统安装；

第三步：初始段整段投入积极冻结；

第四步：第二段两侧边排冻结孔全部投入积极冻结；

第五步：第二段第一排中间冻结孔根据掘进速度、初始段设计的积极冻结时间、初始段冻结段长及冻土试验中提供的冻土发展速度、第二段积极冻结时间确定投入时间并投入积极冻结；

第六步：第二段第二排中间冻结孔投入积极冻结至第二段最后一排中间冻结孔投入积极冻结；

第七步：初始段开始掘进；

第八步：根据实际统计的掘进速度、经验证后的冻土发展速度及调整后的积极冻结期，确定第三段冻结孔投入冻结的时间，要求始终保证后续各段的每排冻结孔投入时间至掘进到此处的时间与此处满足掘进条件所需积极冻结时间相同或稍长；

第九步：第三段边排冻结孔投入积极冻结，第三段中间冻结孔逐排投入积极冻结，以后各段均按第三段的方法投入积极冻结，直到全部冻结孔投入完成。

2.根据权利要求1所述的斜井步进式冻结施工工艺，其特征在于：投入过程根据实际掘进速度及开挖实测井帮温度进行实时动态调整，与掘进施工密切配合。