关键词：冻结孔；湿陷性；高回填土
1概况
里必矿井副立井井筒位于山西省晋城市沁水县东7km，沁水县河南岸，井筒设计深度466m，净直径10.5m，钢筋混凝土井壁。生产区域需要大量回填土，为了确保井筒后期施工安全，副立井井筒采取先回填后掘砌的方法施工，回填土高度达12.0m，土质为湿陷性黄土。
井筒表土层及风化基岩段采用冻结法施工，冻结设计为φ140×5mm无缝钢管单排孔冻结法，冻结深度101m，冻结孔布孔圈径15.10m，开孔间距1.185m，最大终孔间距不大于1.8m，冻结孔40个，测温孔2个，水文孔1个，总钻孔量4271m。
2 施工难点分析
副立井井筒回填土形态为孤岛，呈东西条状，回填土高度突出地表达12.0m，南北宽度仅为47m，北侧边坡距冻结孔距离仅为13m。回填土为湿陷性黄土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育；回填土中夹杂大小不一的卵砾石，直径200~600mm的卵砾石约占整个回填土量的10%，局部存在直径大于800mm的卵砾石，卵砾石质地坚硬，无规则形状，给冻结孔施工带来极大困难。
（1）冻结孔施工需要大量泥浆循环，湿陷性黄土在受到泥浆浸湿后，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低，容易造成钻塔倾斜、倾倒等安全生产事故。
（2）湿陷性黄土其土质结构疏松、孔隙发育，在未受水浸湿时，压缩性较小，且有夹杂许多卵砾石，机械碾压困难，压实系数低0.8~0.92，土层存在较多孔隙，渗透性好，由于冻结孔距边坡较近，冻结孔施工大量泥浆，在土结构强度降低情况下，泥浆极易冲破土层，从回填土边坡涌出，造成边坡失稳塌方，进而造成钻塔倾斜、倾倒等安全生产事故。
（3）由于回填土中夹杂许多大小不一质地坚硬的卵砾石，冻结孔施工过程极易打到卵砾石，造成冻结孔偏斜率较大，废孔率较高。
3 施工方案确定
3.1 施工方案
里必矿井副立井井筒湿陷性高回填土段冻结孔施工采取“三八制”劳动组织作业方式，干式钻进法；主要采用自制螺旋钻杆钻挖，当遇到卵砾石采取热压金刚石取芯钻、三牙轮钻、重力冲击钻等方式进行钻进成孔；成孔后经过测斜符合要求后安装套管，套管采用长15m，φ219×5mm的螺旋钢管，套管与钻孔壁采用1:1水泥浆充填，以防止正常钻进时泥浆渗入回填土内，发生安全事故。
3.2 主要施工配套设备
根据副立井井筒冻结半径、深度及冻结钻孔工程量，结合施工单位生产设备状况及施工经验，配置了副立井井筒冻结孔施工主要配套设备，TSJ-2000E钻机4台，TBW-850/5A泥浆泵4台，自制螺旋钻杆长度1.0m、2.5m的各5套。自制螺旋钻杆直径250mm，由四道Φ20的钢筋焊接在Φ89mm钻杆上而成，内两道为圆钢，外两道为螺纹钢，螺距150mm，钻头为V形，由20mm厚高强度钢板制作。
4施工工艺
根据湿陷性条状高回填土特性及冻结钻孔施工难点，结合施工设备情况，确定湿陷性条状高回填土冻结钻孔施工工艺主要为施工准备、螺旋钻挖、测斜下放套管、注浆固管。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.1施工准备
为了增强钻机的稳定性，钻机基础由300mm厚的“三七”灰土夯实后，再在其上整体浇筑200mm厚的C30混凝土，并预留出泥浆沟槽，泥浆沟槽底铺设50mm厚的防水砂浆，防止后期冻结孔施工时泥浆渗入回填土中。
钻机采取分散布置，每台钻机施工10~11个孔，施工前首先由测量人员对冻结孔定位，钻机就位后，微调找平垫实钻机，使钻机天轮、转盘中心、孔位中心在一条铅锤线上，开孔偏差不超过30mm。
4.2螺旋钻挖
螺旋钻挖采用108mm四方立轴配套Φ250mm螺旋钻杆钻挖，0~2m段采用长度1.0m螺旋钻杆，每次钻挖0.5~0.6m，提钻一次排渣，2~15m段采用长度2.5m螺旋钻杆，每次钻挖1.2~1.5m，提钻一次排渣，每次钻挖根据土层含水量，适时在钻孔内均时加入少量水，以便土粘接在螺旋钻杆上，方面提钻排渣，一般每钻挖一次加入5~20kg水，螺旋钻挖时钻进转速为37~52r/min，先慢后快，逐步增速。
螺旋钻挖过程中遇到回填的卵砾石时，利用重力冲击钻头把小块卵砾石砸碎或挤压到周边土层中，利用三牙轮钻头碾碎大块卵砾石，利用取芯钻头进行纠偏。
4.3测斜下放套管
旋挖完成后采用灯光测斜方式对钻孔进行测斜，偏斜控制在1.5‰以内，测斜合格后下放φ219×5mm的螺旋钢管作为套管，套管外侧固定φ25塑料管，塑料管口距管底0.5m。每次钻穿卵砾石时均进行测斜一次，测斜合格后方进行旋挖钻进，确保旋挖质量。
4.4注浆固管
套管下放完成后注浆固管前，再次在套管内测斜，测斜合格用木楔子固定管口，在套管内浇筑0.2m厚的水泥浆，防止注浆时水泥浆涌入管内，待管内水泥浆凝固后，利用φ25塑料管对套管与钻孔壁环形空间进行注浆充填，注浆材料为水泥浆，水泥采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为1:1，注浆量与计算值偏大时，采取管口间歇灌浆，注浆固管48小时后方可正常钻，固管期间钻机施工下一个冻结孔。随后的整个冻结钻孔施工过程中，没有发生高回填土沉陷和边坡渗出泥浆，历时42天，安全顺利完成副立井冻结钻孔施工。
5 结语
里必矿井副立井湿陷性高回填土，形态特殊，土质结构复杂，压实系数低，采用通常的泥浆护壁法施工冻结孔，泥浆不仅不能起到护壁作用，还容易造成湿陷性高回填土沉陷，由于钻孔距边坡较近，也容易造成泥浆通过推填土孔隙冲垮边坡，造成安全生产事故；采取干式螺旋钻挖的方法很好的克服了这些缺点，水泥浆充填套管又阻止下步冻结钻孔施工所用泥浆渗入湿陷性高回填土，夯实施工安全基础；该段施工共历时8天，不仅为安全施工提供了保障条件，也在工程质量、工期控制方面取得了良好的效果；在湿陷性高回填土等特殊地质条件下，探索一种施工冻结孔新的施工技术，为类似工程施工提供了可靠施工经验和案例，也为在其它条件下冻结孔施工提供一种创新思路。
参考文献：
[1]崔云龙主编，简明建井工程手册[M]，煤炭工业出版社，2003
[2]黄德发主编，冻结法凿井施工技术应用与管理，煤炭工业出版社，2010
简介：滕孔连（1980-），男，河南鹿邑人，本科，工程师，2004年毕业于河南理工大学，现在中煤华晋集团晋城能源有限公司从事矿井建设施工技术及管理工作。
论文作者:滕孔连,刘芳
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/29
标签：砾石论文; 井筒论文; 钻孔论文; 泥浆论文; 立井论文; 套管论文; 钻杆论文; 《科学与技术》2019年20期论文;