一種斜井凍結壁的凍結方法
2023-06-01 20:46:06 2
專利名稱：一種斜井凍結壁的凍結方法
技術領域：
本發明涉及礦山工程技術領域，具體涉及一種斜井凍結壁的凍結方法。
背景技術：
凍結鑿井是在斜井筒開鑿以前，用人工製冷的方法，將斜井筒周圍含水地層凍結成一個封閉、不透水的凍結壁，用以抵抗地壓、水壓、隔絕地下水與斜井筒之間的聯繫，然後在其保護下進行掘砌施工。為形成凍結壁，首先在擬開鑿斜井筒的周圍打一定數量的鑽孔，孔內裝有帶底錐的凍結管。冷凍站制出的低溫鹽水在凍結管中流動，吸收管子周圍地層的熱量，形成凍結圓柱。隨著凍結工作的延續，各鑽孔周圍的凍結圓柱不斷擴大而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結壁，直至達到其設計厚度和強度為止，而後在凍結壁保護下進行斜井筒的掘砌工作。目前，我國斜井筒凍結施工一般是在地面沿斜井筒軸向凍結範圍內，打幾排豎向垂直鑽孔，在斜井筒兩側各設I 2排邊排凍結孔，斜井筒兩側及中間豎向垂直凍結鑽孔深度均超過斜井筒底板一定深度，即斜井筒中間的幾排凍結孔需穿過斜井筒掘砌斷面，斜井筒掘砌斷面內全部為凍土，雖然達到了隔離地下水和抵抗地壓目的，但在斜井筒施工中需割除凍結管，而且凍土溫度低、強度高，挖掘困難，施工速度慢。
發明內容
針對上述技術問題的缺陷，本發明提供一種斜井凍結壁的凍結方法，以解決斜井含水層段凍結施工中挖掘困難、施工速度慢的問題，滿足斜井含水層段的安全快速施工要求。為實現上述目的，本發明採用的技術方案為
一種斜井凍結壁的凍結方法，包括以下步驟
a.從地面沿斜井筒軸向凍結範圍內，鑽進數排互相平行、豎直布置的凍結孔，凍結孔的排數根據斜井筒的斷面大小和所需凍結時間確定，斜井筒兩側的側部凍結孔及兩端的端部凍結孔深度均深入到斜井筒凍結段最低端以下的隔水層中，利用隔水層隔絕下部含水層的水，斜井筒上方的頂部凍結孔深度達到斜井筒頂部；
b.在上述鑽設的凍結孔內設置帶有底錐的凍結管和供液管，凍結管和供液管與外部的冷凍站相連通；
c.啟動冷凍站使其制出的低溫鹽水在凍結管中流動，吸收凍結管周圍地層的熱量，形成凍結圓柱，各凍結圓柱不斷擴大，進而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結壁。所述斜井筒上方頂部凍結孔內的凍結管底端距斜井筒掘進荒徑井壁保持500±50mm的距離，使斜井筒頂部凍土沿斜井筒拱頂荒斷面形狀擴展，形成距斜井筒荒徑等距、規則的凍結壁。在上述凍結孔的間隙中間隔數米分別取多個點，每個點處設測溫孔，測溫孔內設有傳感測溫裝置，所述測溫裝置與冷凍站的控制系統相連，冷凍站控制系統根據測得的凍結孔溫度數據製取低溫鹽水(_28'32°C )並使其流經凍結管，帶走凍結管周圍巖層的熱量，使巖層中的水逐漸降溫結冰，將巖層顆粒膠結起來，在斜井頂部、兩側和端部形成封閉的連續凍結壁，並與凍結管底端進入的隔水層一起形成了一個有效的隔水帷幕，封堵了斜井筒凍結段頂部、兩側和兩端含水層中及隔水層下部含水層中的水，從而保證斜井掘砌含水層段時，周圍的水不能進入斜井筒內，斜井筒施工能夠安全快速進行。本發明的有益效果根據對上述方案的敘述可知
(1)採用本發明的斜井凍結壁的凍結方法，使斜井的頂板、兩側及端部形成凍結帷幕，隔離了含水層中的水，斜井筒施工無湧水，避免了湧水淹井事故；
(2)與傳統的斜井凍結技術相比，由於斜井筒內無凍結管，斜井筒內部巖土層未凍結，施工作業條件好，挖掘容易，施工方便，勞動強度低，斜井筒掘砌速度快，井壁澆築及養護質量有保證；
(3 )現場施工環境條件好，有利於施工人員的健康和安全。
圖I為本發明凍結孔整體布置頂部示意 圖2為本發明凍結孔整體布置側部示意 圖3為斜井筒端部凍結孔布置示意 圖4為斜井筒斷面凍結孔布置示意 圖中標記為1、頂部凍結孔；2、側部凍結孔；3、端部凍結孔；4、測溫孔；5、斜井筒；6、地面；7、含水層；8、隔水層。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。利用本發明的斜井凍結壁的凍結方法，在煤礦斜井外圍形成凍結壁包括以下步驟
a.從地面6沿斜井筒5軸向凍結範圍內，鑽進數排互相平行、豎直布置的凍結孔，凍結孔的排數和間距根據斜井筒5的斷面大小和所需凍結時間經經驗數值計算確定，如圖I 圖4所示，斜井筒5兩側的側部凍結孔2及兩端的端部凍結孔3深度均深入到斜井筒5凍結段最低端以下的隔水層8中，利用隔水層8隔絕下部含水層7的水，斜井筒5上方的頂部凍結孔I深度達到斜井筒5頂部；
b.在上述鑽設的凍結孔內設置帶有底錐的凍結管和供液管，凍結管和供液管與外部的冷凍站相連通；
c.啟動冷凍站使其制出的低溫鹽水在凍結器中流動，吸收凍結管周圍地層的熱量，形成凍結圓柱，各凍結圓柱不斷擴大，進而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結壁。上述斜井筒5上方頂部凍結孔I內的凍結管底端距斜井筒5掘進荒徑井壁保持500±50mm的距離，使斜井筒5頂部凍土沿斜井筒5拱頂荒斷面形狀擴展，形成距斜井筒5荒徑等距、規則的凍結壁。在上述凍結孔的間隙中間隔數米分別取多個點，每個點處設測溫孔4，測溫孔4深度不小於O. 5m根據斜井筒實際深度確定，直徑為60 90mm，測溫孔4內設置傳感測溫裝置，所述測溫裝置與冷凍站的控制系統相連，冷凍站控制系統根據測得的凍結孔溫度數據製取低溫鹽水(_28'32°C )並使其流經凍結管，帶走凍結管周圍巖層的熱量，使巖層中的水逐漸降溫結冰，將巖層顆粒膠結起來，在斜井頂部、兩側和端部形成封閉的連續凍結壁，並與凍結管底端進入的隔水層8 —起形成了一個有效的隔水帷幕，封堵了斜井筒5凍結段頂部、兩側和兩端含水層7中及隔水層8下部含水層中的水，從而保證斜井掘砌含水層7段時，周圍的水不能進入斜井筒5內，斜井筒5施工能夠安全快速進行。在上述實施例中，對本發明的較佳實施方式做了描述，很顯然，在本發明的發明構思下，仍可做出很多變化。在此，應該說明，在本發明的發明構思下所做出的任何改變都將落入本發明的保護範圍內。權利要求
1.一種斜井凍結壁的凍結方法，其特徵在於包括以下步驟 a.從地面(6)沿斜井筒(5)軸向凍結範圍內，鑽進數排互相平行、豎直布置的凍結孔，凍結孔的排數根據斜井筒(5)的斷面大小和所需凍結時間確定，斜井筒(5)兩側的側部凍結孔(2)及兩端的端部凍結孔(3)深度均深入到斜井筒(5)凍結段最低端以下的隔水層(8)中，利用隔水層(8)隔絕下部含水層(7)的水，斜井筒(5)上方的頂部凍結孔(I)深度達到斜井筒(5)頂部； b.在上述鑽設的凍結孔內設置帶有底錐的凍結管和供液管，凍結管和供液管與外部的冷凍站相連通； c.啟動冷凍站使其制出的低溫鹽水在凍結器中流動，吸收凍結管周圍地層的熱量，形成凍結圓柱，各凍結圓柱不斷擴大，進而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結壁。
2.根據權利要求I所述的斜井凍結壁的凍結方法，其特徵在於所述斜井筒(5)上方頂部凍結孔(I)內的凍結管底端距斜井筒(5 )掘進荒徑井壁保持500 土 50mm的距離。
全文摘要
本發明提供一種斜井凍結壁的凍結方法，解決斜井含水層段凍結施工中挖掘困難、施工速度慢的問題，滿足斜井含水層段的安全快速施工要求。該方法首先從地面沿斜井筒軸向凍結範圍內，鑽進數排互相平行、豎直布置的凍結孔，凍結孔的排數根據斜井筒的斷面大小和所需凍結時間確定，側部凍結孔及端部凍結孔深度均深入到隔水層中，利用隔水層隔絕下部含水層的水，頂部凍結孔深度達到斜井筒頂部；再在上述鑽設的凍結孔內設置凍結管和供液管，凍結管和供液管與外部的冷凍站相連通；最後，啟動冷凍站使其制出的低溫鹽水在凍結管中流動，吸收凍結管周圍地層的熱量，形成凍結圓柱，各凍結圓柱不斷擴大，進而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結壁。
文檔編號E21D1/12GK102758631SQ20121027297
公開日2012年10月31日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者付令橋, 馮連岱, 張東峰, 李位民, 逯心傑, 齊吉龍 申請人:兗礦集團有限公司, 陝西未來能源化工有限公司