浅析全井深冻结技术在蒙陕边界特殊地层中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析全井深冻结技术在蒙陕边界特 殊地层中的应用 摘要：以本单位在内蒙古鄂尔多 斯地区 2 个立井井筒均采用全井深冻结 法快速施工为例，简要介绍了全井深冻 结技术在鄂尔多斯特殊地层中的应用， 施工工艺、防治水方案，为今后该地区 建井提供可行的施工经验。 中国论文网 /7/view-13044602.htm Abstract： Taking the example of rapid construction with full well deep- freezing method of two well shafts in the Ordos area of Inner Mongolia as examples， the application， construction technology and the water control program of full well deep-freezing -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 technology in the special formation of Ordos were briefly introduced， to provide experience for well construction. 关键词：全井深冻结；冻结管处 理；施工工艺 Key words： full well deep- freezing； freezing pipe treatment； construction process 中图分类号：TU472.9 文献标识 码：A 文章编号：1006-4311（2018） 18-0121-02 1 两井筒施工基本情况 1.1 母杜柴登副井井筒工程 1.1.1 工程概况 伊化矿业资源有 限责任公司母杜柴登矿井位于鄂尔多斯 市境内，行政区划隶属鄂尔多斯市乌审 旗图克镇管辖。母杜柴登矿井设计生产 能力 6.0Mt/a，副井井筒直径 9.4m，井 筒深度 712m，采用全井深冻结法凿井， 冻结深度 722m，该矿井为低瓦斯矿井。 1.1.2 施工方案 采用 SJZ-8.12 型 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 伞钻打眼；4.5m 深孔光面光底爆破；两 台 HZ-6 型中心回转抓岩机装岩；两套 单钩 5m3 吊桶提升；座钩式自动翻矸； 4.0m 高液压伸缩整体下移式金属模板砌 壁，一掘一砌；混凝土采用溜灰管输送。 外壁支护为钢筋砼结构，冻结表土段支 护厚度为 600mm，冻结基岩段支护厚 度为 700mm，砼强度等级按不同段高 为 C40、C45、C60。 1.1.3 施工情况 爆破与接茬难 度。井筒采用深孔爆破（钻孔深度 5.5m） ，钻爆难度适中，装、提矸石较 为简单，支护难度适中。遇到部分软弱 地层时，普通十字型钻头难以成孔，通 过改进麻花钻杆和螺旋钻头，基本解决 了软岩成孔问题。井筒单层井壁段，采 用接茬安装止水钢板并铺设注浆管。施 工工艺较为复杂，循环时间长，效果不 明显。安装止水钢板与铺设注浆管难 度。单层井壁施工中安装止水钢板并铺 设注浆管与注浆管路的保护都是难题。 止水钢板最大块达 400kg，刃角高度最 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 高为 1.5m，安装时有一定难度。注浆管 在砼浇筑时容易堵塞，处理起来也较麻 烦。 1.2 纳林河主井井筒工程 1.2.1 工程概况 纳林河矿井位于 内蒙古自治区鄂尔多斯市境内，行政区 划属鄂尔多斯市乌审旗纳林河镇管辖。 纳林河矿井是由中煤蒙大新能源化工基 地开发有限公司投资兴建，是内蒙古侏 罗纪煤田纳林河矿区第一对大型矿井。 矿井设计年生产能力为 5.0Mt，采用立 井开拓，为低瓦斯井。 主井井深 606m，掘砌井深 607.748m，井筒糁本6m，采用全井 深冻结法施工，冻结深度 620m。井筒 支护方式为双层钢筋混凝土复合井壁。 1.2.2 施工方案 采用综合机械化 配套方案；短段掘砌混合作业方式；两 台提升绞车，两套单钩 5m3/4m3 吊桶 提升；座钩式自动翻矸；10-16t 凿井绞 车悬吊管线，井口集中控制系统。采用 SJZ-6.7 型伞钻打眼；4.2m 深孔光面光 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 底爆破；中心回转抓岩机装岩，一掘一 砌；外壁砌筑采用 3.8m 高度液压伸缩 整体移动式金属模板，内壁采用 1.0m 高金属组合模板砌壁，自下而上连续砌 筑。相关硐室采用与井筒顺序施工法， 先井筒施工到底后，再返上来施工硐室。 1.2.3 施工情况 井筒于 2009 年 2 月开工，2009 年 9 月竣工，施工过程 较为顺利。井筒到底后，由于各种原因 停工近一年，冻结壁解冻，上部含水层 涌水通过冻结管环形空间导入井底，进 行了壁后壁间注浆和射孔注浆。二三期 工程施工中未揭露较大含水层，总涌水 量保持在 100m3/h 左右。 2 两个井筒地质与水文情况对比 分析 2.1 地层 鄂尔多斯地区矿井所揭 露的岩层自上而下主要为：第四系（Q） ； 白垩系下统志丹群（K1zh） ；侏罗系中 统安定组（J2a） 、直罗组（J2z） 、延安 组（J2y）及三叠系上统延长组（T3y） ， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 具体到矿井某些组段可能有部分缺失或 厚度变化。 现将 2 个矿井岩层情况自上而下 分别说明如下： 第四系（Q） 。按其成因，区内 第四系可分为湖积物（Q4l） 、风积沙 （Q4eol）两类。第四系不整合于其它 老地层之上。白垩系下统志丹群洛河 组（K1zh） 。岩性组合为一套浅紫、粉 红色细砂岩与灰白色粗细砂岩互层， 岩石成份以石英、长石为主，分选及磨 圆度较差，泥质胶洁，具大型槽状、板 状交错层理。侏罗系。1）侏罗系中 统直罗组（J2z） 。该地层岩性组合上部 为灰紫、暗紫色泥岩，中夹灰绿色砂质 泥岩、粉砂岩呈互层出现；下部为灰绿、 青灰色中粗砂岩，含碳屑，中夹粉砂 岩、砂质泥岩。与下伏延安组（J2y） 呈平行不整合接触。2）侏罗系中统延 安组（J2y） 。为井田内主要含煤地层， 含 2、3、4、5、6 五个煤组，按其沉积 旋回可划分为三个岩段。三叠系上统 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 延长组（T3y） 。为煤系地层沉积基底， 区内无出露，部分钻孔也仅揭露其上部 岩层，据区域地层资料，厚度大于 100m。岩性以灰绿色中、细粒砂岩为主。 砂岩成份以石英、长石为主，含岩屑及 少量暗色矿物。磨圆度为次棱角状，分 选较差，泥质填隙。发育大型板状、槽 状交错层理，为典型的曲流河沉积体系。 2.2 构造 井田大地构造分区基 本属于华北地台鄂尔多斯台向斜东胜隆 起区，华北地台经历了基底形成阶段和 盖层稳定发展阶段之后，在晚三叠世末 期开始进入地台活动阶段。在华北地台 西部开始出现了继承性大型内陆坳陷型 盆地鄂尔多斯盆地，盆地的总体轮廓 近似一长方形，其构造形态总体为一宽 缓的大向斜构造（台向斜） ，向斜核部 偏西，东翼宽缓，西翼相对较陡。 2.3 水文地质 根据井筒施工实际 揭露的岩层情况看，岩层多以孔隙含水 层为主，岩层以粗、中、细砂岩为主， 只含有少量砂质泥岩，砂质泥岩一般不 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 完整，块状或层状结构，隔水效果差， 各含水层渗透补给能力强，特别是在砾 岩中含水层补给能力更强，以区外承压 水的侧向径流为主要补给源，大气降水 为次要补给源。 2.4 地质水文共同点分析 岩层 多以砂岩为主，少量砂质泥岩，含水层 多为粗、中、细粒砂岩。砂岩岩层含 水丰富，砂质泥岩一般不完整，隔水能 力差，地下水补给能力强。岩石泥质 胶结，胶结差（有些层位没有胶结，遇 水容易泥化） ，硬度较低，容易风化破 碎。煤层上部没有隔水层，煤层顶板 岩层含水量大。 3 井筒施工技术方案及井筒掘砌 时防治水方案和针对性措施 3.1 井筒施工技术方案 根据本单 位施工的多个西北地区井筒的经验，鄂 尔多斯地区的立井施工根据不同含水层 情况，可选择的施工方案有：井筒冻 结法凿进。强行通过后，壁后注浆。 工作面化学注浆。井外降水疏干辅 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 助凿井。 3.2 防治水方案与针对性措施 根据目前井筒施工的实际情况，本地区 岩层主要为孔隙含水层，工作面普通浆 液预注浆治水效果不明显，井筒采用冻 结法施工是最佳选择，在目前井深条件 下（一般井深多在侏罗系延安组，最大 到三叠系延长组） ，为确保冻结效果， 应该全深冻结，并应适当延长冻结开挖 时间，比计算冻结交圈时间延长 2030 天，以确保冻结交圈。母杜柴登副井出 水前后又多冻结了 3 个月。由于中、粗 砂石孔隙率较大，渗透性较好，地下水 径流速度较快，对冻结可能产生一定影 响，建议冻结孔在设计上应考虑缩小孔 间距。采用冻结法施工的井筒，在井 筒掘砌过程中，需要注意以下几个方面： 1）井筒掘砌过程中，应注意观察冻结 壁的发展情况，探明冻结壁与荒径的距 离，如果冻结壁距离荒井壁距离较大， 可以暂停掘砌施工，等待冻结壁继续发 展；2）与冻结管偏斜图对比，如果某 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 个区域冻结管偏斜过大时，要加大该冻 结薄弱区域的盐水流量。3）与冻结单 位保持经常沟通，对井筒测温曲情况 进行经常性分析，温度曲线是否有异常 变化，如果温度曲线在某一层段异常， 到异常层位时，应暂停开挖施工，确定 是否交圈。4）如果开挖过程中井筒出 水，超过正常计算的冻结膨胀出水量， 应特别注意，及时停止挖掘，研究制定 针对性措施，再进行下一步施工。5） 井筒开挖过程中，冻结单位应提供准确 的钻孔偏斜图，以保证周边眼距冻结管 距离，防止爆破崩坏冻结管。6）套壁 结束后，硐室浇筑混凝土时，在割除的 冻结管位置提前埋设注浆管，为将来冻 结壁解冻后，冻结管与荒壁空隙注浆做 好准备。 3.3 井筒冻结壁解冻后，与井筒 相连硐室或巷道涌水的治理 采用全深 冻结法施工井筒时，冻结壁解冻后有可 能通过冻结管与荒壁空隙将上下含水层 沟通，导致出水，为此应提前做好准备 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 工作：为防止出现含水层涌水从冻结 管壁后空隙上下贯通出水，形成上下过 水通道，在冻结壁解冻后，及时对冻结 管进行射孔注浆，将冻结管壁后空隙用 水泥浆充填。另外冻结单位在下冻结管 时，使用缓凝水泥浆液封堵冻结管与荒 壁之间空隙，进行泥浆转换也是一种很 好的方法。与井筒相连硐室施工时， 在割除冻结管位置提前预埋注浆管，注 浆管伸入到冻结管壁后而且尽量加长， 外口部安设止水阀，待冻结壁解冻后， 进行硐室及井筒壁后注浆，充填硐室壁 后和冻结管壁后空隙。与井筒相连硐 室施工后，冻结壁尚未解冻前，将硐室 或巷道迎头及底板进行全封闭，迎头施 工挡水墙，底板铺设一定厚度，防止涌 水从迎头或底板涌出，为解冻后注浆工 作打下基础。硐室施工完毕后，也可进 行硐室壁后注浆，封堵硐室壁后空间， 保证硐室受力均衡。 3.4 二、三期工程的防治水方案 与针对性措施 针对本地区下部岩层含 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 水丰富的特征，在二、三期工程施工期 间，提出以下综合防治水方案：二、 三期工程施工前应形成比较完善的排水 系统，保证有足够的排水能力。施工 前应编制探放水专项措施，坚持“逢掘 必探、先探后掘” 的原则，如果探到较 大含水层，及时关闭孔口管阀门，做到 控制水量的涌出，不造成淹井事故，然 后进一步采取措施。要提前掌握含水层 的位置，涌水量的大小、压力等参数指 标，为下一步治水工作提供准确数据。 二、三期工程施工时，由于巷道施工 属于开放式开挖，正常情况下只能加大 临时泵房排水能力，确保涌水的及时排 出。必要时在局部区域内可采用全封闭 巷道，进行工作面超前注浆或壁后注浆 等。在该地区泥岩地层中开拓巷道， 受地压和本身膨胀影响，可能会发生底 鼓、巷道开裂变形等现象，应先采用锚 网喷一次支护，待压力释放并稳定后，