摘要：冻结法在凿井当中的运用愈发广泛，英国、德国以及波兰等国都利用冻结法实施凿井工程，上述国家对该技术的运用较为成熟，所凿井的深度一般都不低于450m。冻结法在我国也已广泛应用于地铁、深基坑、矿井建设等工程中。故而，技术人员应掌握对该技术质量的监测方式，以保证冻结工程的施工质量。
关键词：矿井冻结工程；质量监测；方案分析
国外采用冻结法凿井较多的国家有英国、德国、波兰、前苏联等，这些国家技术相对成熟，凿井深度均超450m，但他们多为含水量多、地压大的基岩地区，然而深井冻结施工工程特别是对于深厚冲积层进行施工不多见。
我国首次采用冻结施工技术进行了开滦林西风井的施工。立井井筒是国内冻结法凿井常选用的结构，而斜井井筒的冻结研究始于1970年前后，到目前为止，斜井井筒的最大冻结斜长可达到114m，斜井井筒冻结的主要技术特征如表1所示。
1.冻结法简述
1.1冻结法
所谓冻结法，指施工人员通过人工制冷的方式，冻结开挖目标地下空间范围土体中的水，使水凝固成冰，进而同土体胶结为一体，形成与设计轮廓相符合的冻土墙，或是密闭状态的冻土体，负责抵挡土体所施加的压力，同时将地下水隔断，在冻土墙或是冻土体的防护下，施工人员实施凿井的施工方法便称为冻结法。
1.2冻结法质量监测目的
为了确保矿井冻结工程的质量，施工人员必须时刻对施工状态进行监测。监测人员需要在施工现场实施监测，以便保证获取数据的有效性。借助现场监测，能够得到制冷设备以及井筒冻结的实际情况，检验施工设计方案的正确率，进而使冻结效率有较大的提升。
此外还可以得到冻结墙壁的厚度以及强度等相关数据，确认上述数据是否符合施工方案的要求。监测人员需及时监测的目标有盐水系统监测、冻结孔施工监测、冻结期各阶段工作状态以及工作面井帮各阶段的温度。
2.冻结监测方案探讨
通过监测可以得知冻结壁的强度、厚度与施工要求是否一致，为下一步的工期进度提供参考。实时监测的内容包括:盐水系统监测、冻结器工作状况监测、冻结孔施工过程监测、冻结壁温度场监测、工作面井帮温度监测等。以招贤煤矿副井井筒冻结为例，进行如下方案探讨。
2.1造孔施工过程监测
监测人员若通过对造孔过程进行监控以控制矿井冻结工程的质量，则应注意如下三个方面：
①冻结孔的位置。施工人员应遵照施工方案的要求对矿井需要冻结的部分实施孔位布置作业。实施布置过程中，施工人员需使用钢尺以及经纬仪精确测量标记位置，避免出现差错。依据井筒的中心点和基准，按照施工设计要求对矿井冻结段进行了布孔。布置实施时孔位采用钢尺、经纬仪进行测量，并将冻结孔布置为双排冻结孔：其中内排孔孔间距定为2.098m，外排孔孔间距定为1.314m；内排孔圈径9.8米，外排孔圈径13.6米。
②冻结孔的深度。孔的深度应结合当地标准高度进行设定。并在成孔之后进行复测，确保符合施工方案要求。根据当地地质情况以及冻结技术方案，内排冻结孔设计为浅孔59m，深孔99m；外排冻结孔设计为浅孔360m，深孔为515m；水文孔72米，测温孔浅孔120米，深孔515米。
③冻结孔的斜度。部分施工地区，地层较为复杂，地层当中包含有砾石，钻孔就容易发生偏斜。故而，施工人员应采取措施控制孔偏斜程度，在造孔过程中，需定期测量孔的偏斜度，以免孔位产生严重的偏离。
查阅地质结构表发现该矿区地段成分含有砾石，这样严重影响钻孔的进度，尤其是使得钻孔偏斜较难控制。所以，在施工中单孔应严格控制，防止偏斜，并必须保证与相邻孔各水平孔间距满足施工组织设计要求，然后根据绘制好的偏斜图进行分析，在满足冻结质量后，便可下放冻结管。
2.2盐水系统监测
通过盐水系统检测发现，在冻结期间冻结工程运行较好，冻结孔的盐水正常循环。通过观察得知，盐水去路温度非常接近设计的，而且，去回路温差为1℃，这说明地层内部已几乎形成冻土，热交换趋于稳定。盐水温度随着新的一路支管的冻结而回升。
2.3冻结壁温度场监测
监测人员可根据实际情况布置若干个测点，以便能够及时对冻结范围内土体的状态进行监测，了解该区域内温度状态。下面以1号测温孔为例，详细记录了在不同深度、不同地层、冻结壁形成的动态特征及监测情况，具体情况如下表所示。
在挖掘过程中，通过对施工现场所挖开的断面进行温度与位移的监测，数据显示冻结效果良好，冻结部分均匀稳定，没有出现异常现象。
监测人员通过对各测点温度值的获取，可以确定该阶段是否适合掘进施工。若温度降低速度较慢，施工人员可添加一台冷冻机组加强冷冻，以便使温度快速下降，令掘进施工人员能够尽早施工。
3.结论
通过对冻结过程进行监测，获得大量有益数据，优化了冻结参数，保证了施工质量，可得出以下结论:
①通过对信息化施工采集到的数据进行分析，及时地调整了冻结系统，使得冻结速度与掘进速度相一致。加快了掘进速度，提高了工作效率。
②井筒冻结壁的平均温度为-9℃左右，冻结壁厚度大于5m。
③从开挖情况分析得知，冻结壁封水效果良好，冻土强度高，完全满足设计要求。从各测温孔测温结果分析可知，测温孔内各测点温度变化基本正常，可以满足后续施工要求。
结语
监测人员借助对冻结过程实施监测，可以获取大量数据，从而使矿井冻结工程的施工更为便捷，也令冻结参数得到优化。故而，监测人员应不断优化监测方案，以便保证矿井冻结工程的施工质量。
参考文献
[1]张星宇.矿井冻结工程施工质量监测方案的分析[J].科技风，2016.
[2]杨克军；胡文浩；朱殿瑞.矿井冻结工程施工质量监测方案的研究[J].内蒙古煤炭经济，2013.
论文作者:薛正波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/15
标签：井筒论文; 矿井论文; 测温论文; 盐水论文; 温度论文; 工程论文; 施工人员论文; 《基层建设》2019年第23期论文;