專利名稱：一種斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦山工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法。
背景技術(shù)：
凍結(jié)鑿井是在斜井筒開鑿以前，用人工制冷的方法，將斜井筒周圍含水地層凍結(jié)成一個封閉、不透水的凍結(jié)壁，用以抵抗地壓、水壓、隔絕地下水與斜井筒之間的聯(lián)系，然后在其保護(hù)下進(jìn)行掘砌施工。為形成凍結(jié)壁，首先在擬開鑿斜井筒的周圍打一定數(shù)量的鉆孔，孔內(nèi)裝有帶底錐的凍結(jié)管。冷凍站制出的低溫鹽水在凍結(jié)管中流動，吸收管子周圍地層的熱量，形成凍結(jié)圓柱。隨著凍結(jié)工作的延續(xù)，各鉆孔周圍的凍結(jié)圓柱不斷擴(kuò)大而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結(jié)壁，直至達(dá)到其設(shè)計厚度和強(qiáng)度為止，而后在凍結(jié)壁保護(hù)下進(jìn)行斜井筒的掘砌工作。目前，我國斜井筒凍結(jié)施工一般是在地面沿斜井筒軸向凍結(jié)范圍內(nèi)，打幾排豎向垂直鉆孔，在斜井筒兩側(cè)各設(shè)I 2排邊排凍結(jié)孔，斜井筒兩側(cè)及中間豎向垂直凍結(jié)鉆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(jié)孔需穿過斜井筒掘砌斷面，斜井筒掘砌斷面內(nèi)全部為凍土，雖然達(dá)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(jié)管，而且凍土溫度低、強(qiáng)度高，挖掘困難，施工速度慢。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題的缺陷，本發(fā)明提供一種斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法，以解決斜井含水層段凍結(jié)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(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法，包括以下步驟
a.從地面沿斜井筒軸向凍結(jié)范圍內(nèi)，鉆進(jìn)數(shù)排互相平行、豎直布置的凍結(jié)孔，凍結(jié)孔的排數(shù)根據(jù)斜井筒的斷面大小和所需凍結(jié)時間確定，斜井筒兩側(cè)的側(cè)部凍結(jié)孔及兩端的端部凍結(jié)孔深度均深入到斜井筒凍結(jié)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(jié)孔深度達(dá)到斜井筒頂部；
b.在上述鉆設(shè)的凍結(jié)孔內(nèi)設(shè)置帶有底錐的凍結(jié)管和供液管，凍結(jié)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(jié)管中流動，吸收凍結(jié)管周圍地層的熱量，形成凍結(jié)圓柱，各凍結(jié)圓柱不斷擴(kuò)大，進(jìn)而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結(jié)壁。所述斜井筒上方頂部凍結(jié)孔內(nèi)的凍結(jié)管底端距斜井筒掘進(jìn)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(kuò)展，形成距斜井筒荒徑等距、規(guī)則的凍結(jié)壁。在上述凍結(jié)孔的間隙中間隔數(shù)米分別取多個點(diǎn)，每個點(diǎn)處設(shè)測溫孔，測溫孔內(nèi)設(shè)有傳感測溫裝置，所述測溫裝置與冷凍站的控制系統(tǒng)相連，冷凍站控制系統(tǒng)根據(jù)測得的凍結(jié)孔溫度數(shù)據(jù)制取低溫鹽水(_28'32°C )并使其流經(jīng)凍結(jié)管，帶走凍結(jié)管周圍巖層的熱量，使巖層中的水逐漸降溫結(jié)冰，將巖層顆粒膠結(jié)起來，在斜井頂部、兩側(cè)和端部形成封閉的連續(xù)凍結(jié)壁，并與凍結(jié)管底端進(jìn)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(jié)段頂部、兩側(cè)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(jìn)入斜井筒內(nèi)，斜井筒施工能夠安全快速進(jìn)行。本發(fā)明的有益效果根據(jù)對上述方案的敘述可知
(1)采用本發(fā)明的斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法，使斜井的頂板、兩側(cè)及端部形成凍結(jié)帷幕，隔離了含水層中的水，斜井筒施工無涌水，避免了涌水淹井事故；
(2)與傳統(tǒng)的斜井凍結(jié)技術(shù)相比，由于斜井筒內(nèi)無凍結(jié)管，斜井筒內(nèi)部巖土層未凍結(jié)，施工作業(yè)條件好，挖掘容易，施工方便，勞動強(qiáng)度低，斜井筒掘砌速度快，井壁澆筑及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量有保證；
(3 )現(xiàn)場施工環(huán)境條件好，有利于施工人員的健康和安全。


圖I為本發(fā)明凍結(jié)孔整體布置頂部示意 圖2為本發(fā)明凍結(jié)孔整體布置側(cè)部示意 圖3為斜井筒端部凍結(jié)孔布置示意 圖4為斜井筒斷面凍結(jié)孔布置示意 圖中標(biāo)記為1、頂部凍結(jié)孔；2、側(cè)部凍結(jié)孔；3、端部凍結(jié)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(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。利用本發(fā)明的斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法，在煤礦斜井外圍形成凍結(jié)壁包括以下步驟
a.從地面6沿斜井筒5軸向凍結(jié)范圍內(nèi)，鉆進(jìn)數(shù)排互相平行、豎直布置的凍結(jié)孔，凍結(jié)孔的排數(shù)和間距根據(jù)斜井筒5的斷面大小和所需凍結(jié)時間經(jīng)經(jīng)驗數(shù)值計算確定，如圖I 圖4所示，斜井筒5兩側(cè)的側(cè)部凍結(jié)孔2及兩端的端部凍結(jié)孔3深度均深入到斜井筒5凍結(jié)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(jié)孔I深度達(dá)到斜井筒5頂部；
b.在上述鉆設(shè)的凍結(jié)孔內(nèi)設(shè)置帶有底錐的凍結(jié)管和供液管，凍結(jié)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(jié)器中流動，吸收凍結(jié)管周圍地層的熱量，形成凍結(jié)圓柱，各凍結(jié)圓柱不斷擴(kuò)大，進(jìn)而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結(jié)壁。上述斜井筒5上方頂部凍結(jié)孔I內(nèi)的凍結(jié)管底端距斜井筒5掘進(jìn)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(kuò)展，形成距斜井筒5荒徑等距、規(guī)則的凍結(jié)壁。在上述凍結(jié)孔的間隙中間隔數(shù)米分別取多個點(diǎn)，每個點(diǎn)處設(shè)測溫孔4，測溫孔4深度不小于O. 5m根據(jù)斜井筒實際深度確定，直徑為60 90mm，測溫孔4內(nèi)設(shè)置傳感測溫裝置，所述測溫裝置與冷凍站的控制系統(tǒng)相連，冷凍站控制系統(tǒng)根據(jù)測得的凍結(jié)孔溫度數(shù)據(jù)制取低溫鹽水(_28'32°C )并使其流經(jīng)凍結(jié)管，帶走凍結(jié)管周圍巖層的熱量，使巖層中的水逐漸降溫結(jié)冰，將巖層顆粒膠結(jié)起來，在斜井頂部、兩側(cè)和端部形成封閉的連續(xù)凍結(jié)壁，并與凍結(jié)管底端進(jìn)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(jié)段頂部、兩側(cè)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(jìn)入斜井筒5內(nèi)，斜井筒5施工能夠安全快速進(jìn)行。在上述實施例中，對本發(fā)明的較佳實施方式做了描述，很顯然，在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下，仍可做出很多變化。在此，應(yīng)該說明，在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下所做出的任何改變都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法，其特征在于包括以下步驟 a.從地面(6)沿斜井筒(5)軸向凍結(jié)范圍內(nèi)，鉆進(jìn)數(shù)排互相平行、豎直布置的凍結(jié)孔，凍結(jié)孔的排數(shù)根據(jù)斜井筒(5)的斷面大小和所需凍結(jié)時間確定，斜井筒(5)兩側(cè)的側(cè)部凍結(jié)孔(2)及兩端的端部凍結(jié)孔(3)深度均深入到斜井筒(5)凍結(jié)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(jié)孔(I)深度達(dá)到斜井筒(5)頂部； b.在上述鉆設(shè)的凍結(jié)孔內(nèi)設(shè)置帶有底錐的凍結(jié)管和供液管，凍結(jié)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(jié)器中流動，吸收凍結(jié)管周圍地層的熱量，形成凍結(jié)圓柱，各凍結(jié)圓柱不斷擴(kuò)大，進(jìn)而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結(jié)壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法，其特征在于所述斜井筒(5)上方頂部凍結(jié)孔(I)內(nèi)的凍結(jié)管底端距斜井筒(5 )掘進(jìn)荒徑井壁保持500 土 50mm的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種斜井凍結(jié)壁的凍結(jié)方法，解決斜井含水層段凍結(jié)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(jié)范圍內(nèi)，鉆進(jìn)數(shù)排互相平行、豎直布置的凍結(jié)孔，凍結(jié)孔的排數(shù)根據(jù)斜井筒的斷面大小和所需凍結(jié)時間確定，側(cè)部凍結(jié)孔及端部凍結(jié)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(jié)孔深度達(dá)到斜井筒頂部；再在上述鉆設(shè)的凍結(jié)孔內(nèi)設(shè)置凍結(jié)管和供液管，凍結(jié)管和供液管與外部的冷凍站相連通；最后，啟動冷凍站使其制出的低溫鹽水在凍結(jié)管中流動，吸收凍結(jié)管周圍地層的熱量，形成凍結(jié)圓柱，各凍結(jié)圓柱不斷擴(kuò)大，進(jìn)而連成不透水的且能抵抗地壓和水壓的凍結(jié)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(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者付令橋, 馮連岱, 張東峰, 李位民, 逯心杰, 齊吉龍 申請人:兗礦集團(tuán)有限公司, 陜西未來能源化工有限公司