杨村煤矿风井井筒过巨厚粘土层施工方案探讨

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1、杨村煤矿风井井筒过巨厚粘土层施工方案探讨宋玉露（国投新集能源股份有限公司杨村煤矿，安徽淮南，232164）摘要：杨村煤矿风井井筒采用冻结法施工，冻结深度达800m。因粘土存在蠕变量大、遇水易膨胀、冻土发展速度慢等特点，在井筒施工中极易发生冻结管断裂事故，冻结管一旦发生断裂，冻结管内盐水和循环盐水渗入土体，不仅会影响冻结效果，同时也会造成粘土蠕变继续增大，给风井井筒下步施工造成很大技术难题。本文简要介绍了杨村煤矿风井巨厚粘土层复杂的技术特性，并结合风井实际情况，在保证工程质量和施工安全的前提下，提出了一系列快速通过粘土层的方法和措施。关键

2、词：巨厚粘土层冻结蠕变井帮1工程概况国投新集杨村煤矿位于安徽省淮南市凤台县杨村乡境内。井田淮河冲积平原，地势平坦，属全隐伏型煤田，覆盖于煤系地层上的新生界松散层较厚，设计年生产能力5.0MT/a，采用主、副、风井三立井开拓。表土段及部分基岩段采用冻结法施工，稳定基岩段采用普通法凿井。2巨厚粘土层技术特性在埋深411.9～449.2m为巨厚粘土层，厚度达37.3m，遇水膨胀缩径。该粘土层冻土单轴抗压强度低，含水率27.75%，湿密度1.97g/cm3，孔隙比0.83，饱和度99%，比重2.935，液限53%，塑限28.8%，粘聚力60.0

3、3KPa,内摩擦角24.1度，无侧限抗压强度119.4KPa，自由膨胀率67%。3冻结及井壁设计序号项目名称单位风井1净径mφ7.82冻结深度m800.003表土段厚度m538.9004最大开挖荒径m12.6565井筒深度m986.76最大井壁厚度m2.3537冻结壁厚度m118冻结盐水温度积极期℃32～-34强化期-34～-369冻土盐水温度℃-1810井帮温度400m以上℃-8400m以下-8～-1211砌壁材料冻结段钢筋混凝土基岩段钢纤维+钢筋混凝土（局部槽钢井圈加固）4.巨厚粘土层施工方案4.1加强冻结、科学预测冻结效果的好与坏

4、直接关系到粘土层能否顺利通过。风井按照实际情况合理调配冻结机组，本着“强化外排孔及内排孔冻结、维持中排孔冻结、控制防片孔冻结”的冻结理念，根据粘土层掘砌施工进度，及时调整内排孔的供冷量。风井在粘土层揭露前，冻结单位对430m关键层位进行了科学计算、分析，冻结壁有效厚度9.89m,冻结壁平均温度-22.9m,预计井帮温度-8.1℃，实测井帮温度东-9.5℃、西-9.4℃、南-8.5℃2、北-8.7℃，为粘土层施工提供了冻结技术指导。4.2加强冻结孔保护巨厚粘土层段井筒设计荒径12.656m,井帮距离外防冻结孔距离最小仅为0.5m，为避免在

5、刷帮过程中因作业人员操作失误，造成冻结管被风镐击穿事故的发生，在每模井壁施工前，冻结单位参照冻结孔偏斜轨迹图对防片孔位置进行了明显标记，并与凿井单位进行了相关技术交底，杜绝了冻结管被击穿事故的发生。4.3合理控制段高考虑到粘土易蠕变特点，且随井帮暴露时间延长蠕变量逐渐增大，出现冻结管断裂的可能性也随之加大。为减小冻结管断裂可能性的出现，风井粘土段采用短段掘砌施工方案，根据冻土强度推算掘砌段高不超过2.85m,现场实际有效段高控制在2.25m。每模循环时间控制在24h内，使井帮暴露时间控制在18h内，降低了冻结管断裂发生的概率。4.4加强

6、井帮温度、位移、底鼓数据监测井帮位移、底鼓数据监测是对冻结效果检验的一项重要方式，风井在巨厚粘土层施工期间，严格监测井帮位移量和底鼓量变化，加强监测频率和测点保护工作，尽可能延长井帮位移和底鼓监测时间，第一时间分析位移量和底鼓量变化趋势，用实测数据为下步施工提供依据。风井在粘土层施工中，实测井帮最大位移量20mm，最大底鼓量96mm，符合相关技术要求。4.5合理设计使用泡沫板风井在粘土层施工时，采用导热系数不小于0.0271kcal/m.h.℃、厚度为75mm的泡沫板，泡沫板的铺设有效控制了C75高强混凝土水化热对冻结壁的破坏，同时也消

7、除了因井帮温度低对井壁养护的影响，释放了井帮初期冻结压力，加强了井壁的抗压能力。泡沫板在使用前，安排有资质的检测单位对其出厂性能进行了检测。泡沫板铺设严格按照接缝严密要求，并采用长度为150mm的铁钉固定牢固。4.6采用混合作业方式为提高掘进机械化效率，缩短粘土装罐的时间，粘土段采用了混合作业方式，使用凯斯CX75SR液压挖掘机挖掘圈内土，风镐和高效风铲刷帮、修边，凯斯CX75SR液压挖掘机和HZ-4中心回转式抓岩机装罐。施工时先挖取中间罐窝，再挖四周土层，最后人工刷帮至设计尺寸，确切有效提高了掘进速度。4.7开挖超前小井巨厚粘土层揭露

8、前，首先利用挖机在井中开挖1个深1m、直径6m的超前小井，有效释放了粘土压力。待小井横向位移和底鼓量趋于相对稳定后，在四个方向分别开挖宽2m、深1.5m的测温槽，第一时间掌握了井帮温度，为粘土层施工及时提供