冻结管断裂与防治

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1、冻结管断裂原因与防治兖矿集团新陆冻结安装有限公司戴华东齐吉龙摘要：本文通过对断裂冻结管的调查及对冻结管受力状态的分析，从工程施工角度分析了影响冻结壁位移，造成冻结管断裂的原因，并提出了工程上防止冻结管断裂的措施，这些措施在一些深井冻结中应用并取得了较好的效果。关键词：冻土、位移、冻结管、断裂一、概述我国采用冻结法凿井已有44年历史，共开凿了420多个井筒，累计深度6.6万米，其中表土超过250m，冻结深度超过300m的冻结井有70多个。在深井冻结中冻结管断裂是对凿井的最大安全威胁，防断管技术至今还未过关。随着今后新建矿井表土深度的增加

2、，如何防止冻结管断裂将是首先面对的技术问题。根据最新资料统计目前国内外冻结井筒已有61个井发生过冻结管断裂，共断管301根，淮南深厚表土冻结井几乎都发生过断管。如潘集2#主井断管5根、副井断管8根、西风井断管8根、南风井断管14根；潘三东风井断管22根；东荣三矿风井断管淹井；张集风井断管4根；祁东主井断管1根；济宁2#风井断管1根；岱庄副井断管1根；葛亭副井断管1根；唐口副井断管（辅孔）1根等等。国外六七十年代深井断管也不少，如苏联扎波罗滋1#南风井断管率100%，波兰留宾铜矿断管率89.2%；加拿大雅伯1#井断管率52.5%。世界上

3、目前表土最深（511.5m）的苏联雅可夫冻结井（冻深620m）断管15根，断管率22.7%，从冻到停27个月，由此可见冻结管断裂是冻结凿井的最大威胁。冻结管断裂造成的经济损失也是巨大的，如波兰某铜矿断冻结管6根，处理事故花费近百万元；谢桥副井断管32根，造成冻结壁开天窗淹井，又重新冻结，造成经济损失近1000万元。二、冻结管断裂原因2.1国内深厚粘土层中冻结管断裂调查（见表1）表1深厚粘土层中冻结管断裂成因调查表序号断裂成因国内冻结管断裂实例安全对策1断管深度H（m）潘一风井153～203、潘二主井162～221、副井185～285、

4、西风井164～288、南风井154～162；潘三主井206～265、东风井250～320；谢桥副井230～239、矸石井225～238；海孜262；祁南260；平八东风井198～315。深度小于150m或大于320m安全；在其之间应谨慎2断管处段高（m）潘二主井3.6、副井5.4、西风井5.3、南风井7.6；潘三主井5.2～8.7、中央风井7.2、东风井6.3～8.3、副井6.2；谢桥矸石井4.3～7.3；芦岭西风井4.0；海孜西风井8.0、主井8～10。膨胀性粘土取1.5～2.5，砂土类取2.5～3.53冻结壁裸露时间/段高（h/m

5、）潘三东风井156/47、180/49、234/51、204/52、300/58；谢桥矸石井128/42、204/43、144/44、244/45。膨胀性粘土小于20；砂土类小于304冻结管到荒径的距离（m）潘一辅助孔1.2、潘二主井3.55、副井3.4、西风井3.05、南风井2.65；潘三主井2.0、副井2.05、中央风井1.75、东风井3.2；谢桥副井2.7、矸石井2.15；海孜2.45、西风井2.4；祁南主井3.57；平八3.25；济宁2#风井2.45，北宿主井0.95、副井0.6；唐口副井辅助孔1.25。深厚粘土中大于2.5，

6、井帮温度不高于-8℃5冻结壁位移量/段高（mm/m）潘三东风井段高4.5m时大于40mm,段高4.9m时大于80mm，段高5.0m时大于113mm，段高5.5m时大于125mm。位移总量小于50mm6迎头底鼓量/段高（mm/m）潘三东风井段高4.5m时底鼓量110mm、段高4.7m时底鼓量600mm、段高4.9m时底鼓量400mm、段高5.1m时底鼓量350mm、段高5.5m时底鼓量500mm、段高5.6m时底鼓量450mm。底鼓量小于250㎜7断管处岩性潘一东风井厚粘土；潘二粘土、砂质粘土；潘三主井风化基岩、副井固结钙质粘土、粘土与

7、砂层交界面；谢桥粘土；祁南粘土；平八粘土；济宁2#风井粘土；唐口副井粘土。8断裂部位丝扣管箍连接处脱扣，焊接外管箍上焊缝或下焊缝处。内衬箍坡口对接焊9人为管理因素潘二西风井焊接质量差，开挖前断管7根；潘一东风井、潘二南风井套管断裂各1根。潘二、潘三、谢桥等八个井筒普遍超挖200～900㎜。加强管理,提高焊接质量10断管数量统计潘一东风井5根、潘二主井5根、副井8根、西风井8根、南风井14根；潘三主井5根、副井5根、中央风井7根、东风井22根；谢桥副井32、矸石井34根；芦岭西风井15根；海孜主井1根；祁南主井3根；平八东风井16根；济

8、宁2#风井2根，北宿主井7根、副井12根；唐口副井1根等等。2.2冻结管变形规律冻结管在冻结壁中的受力状态是极其复杂的，在冻结初期井筒未掘砌，冻结壁处于三相应力平衡状态，冻结管断裂主要是由于盐水温降过快，冻结管在短时间内