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【摘要】本文主要阐述了井筒冻结方式、冻结钻孔、井筒掘砌施工等技术问题。
【关键词】井筒冻结法；矿建施工；技术
1、井筒冻结方式
1.1全深冻结
全深冻结是设计的所有冻结孔深度与井筒需要的冻结深度 -致，全深一次冻结形成冻结壁的一种冻结方式。按所冻地层的不同，全深冻结分为两种情况：一是以冻结不稳定冲积层为主，二是将冲积层和含水基岩一起作为冻结对象。在基岩部分岩性破碎、裂隙发育、涌水量及地压较大的情况下，要求所形成的冻结壁能满足承载要求，这时要选择冲积层和基岩作为冻结对象而采取全深冻结方式。全深冻结方式适应性强，施工安全可靠，被广泛采用，但对冻结段以下的地层岩性及涌水量等资料必须掌握可靠，不然，可能给冻结段以下部分的掘砌带来困难。
1.2差异冻结
差异冻结即长短腿冻结，是按地层不同深度对冻结壁的不同要求而选择的一种冻结方式。在冲积层底部的风化岩层附近赋存含水层且与冲积层有水力联系，下部有隔水层时，要求冻结壁在冲积层内以承载为主，而基岩段以封水为目的时，应采用此冻结方式。为达到冲积层和基岩段不同的冻结目的，冻结孔在同一圆周上采取长短孔间隔布置。长孔深度为井筒的冻结深度，短孔底部设置在进入风化岩层不小于10m的深度。为确保长孔底部形成一定厚度的冻结壁，必须控制长孔孔底的间距，其最大间距通常要小于4.5m，以保证开挖到短孔底部之前长孔部分冻结壁已满足施工要求。为加快上部冻结壁的形成，实现提前开挖，并使下部冻结壁尽早交圈，长短冻结孔应同时开始冻结，短孔町采用盐水反循环方式，长孔采用盐水正循环方式。差异冻结由于冻结总长度和冷量消耗较小，并能完成较深的冻结并施工，既冻结了冲积层，又处理了基岩含水层，具有较好的经济效果，得到了广泛的应用。
1.3局部冻结
在不稳定含水层位于冲积层中部或下部，而上部较稳定不需冻结；或不稳定含水层位于上部和下部，而中部较稳定不需冻结；或上部井筒已施工过而下部地层复杂或发生过事故需用冻结处理时，都可采用局部冻结方案。这时，不进行冻结的士层应是稳定的，并且要采用普通法通过。局部冻结较一次全深冻结消耗冷量少，冻结时间短，节省费用。局部冻结方式可分为地面局部冻结和井下局部冻结。地面局部冻结和 次全深冻结相似，不同之处是冻结器的结构不同。井下局部冻结，是当井筒工作面掘进至含水层上部，停止掘进，把上段井壁砌筑好，并在井壁内预埋钻孔导向管，在井筒内钻冻结孔和安装冻结器，以及配集液圈、去回路盐水干管等，在井下进行冻结。
1.4分期冻结
分期冻结即分段冻结，它是把整个井筒从上到下分段，分期冻结形成冻结壁，并使井筒的掘砌工作不间断进行。分期冻结在冻结孔的设置上与全深冻结方式相同。为达到井筒分期冻结的目的，主要依靠有别于其他冻结方式的冻结器结构来实现。分期冻结法一般分为两段、三個冻结期来完成。第一个冻结期为上段积极冻结期，即形成上段冻结壁并达到设计厚度，以保证上段井筒施工的顺利进行；在井筒掘砌至一定深度后转入第二冻结期，即下段积极冻结，上段进行维护冻结；第三冻结期是当井筒掘砌通过上段进入下段后，第二冻结段的冻结壁也达到设计要求后转入全深维护冻结。选择分期冻结方式必须具备如下地质条件：上下段冻结分界线须具有不少于10m水性能良好的士层，以之作为井筒上段掘砌时底部的隔水底垫，从而防止工作面下方涌水。
2、冻结钻孔
2.1井筒检查钻孔
（1）检查钻孔的位置、个数、深度
钻孔不得布置在井筒范围内，井筒检查钻孔距井筒中心25m以内，通常为1个，深度要超过井筒设计深度。
（2）检查钻孔的施工要求。
①应全孔取心，采取率在黏土层和基岩中要大于75%，在砂层、破碎带、软夹层和溶洞充填物中应不少于60%；②应每层取样，并进行物理力学性能测定；③应每层取样，并进行冻土物理力学性能测定。
（3）检查钻孔的有关资料。
①地质柱状图；②检查钻孔地质报告及附图。
2.2水文观察孔
水文观察孔一般打在距井筒中心lm远的位置，以不影响掘进时吊桶提升为宜。孔数1-3个，其深度应穿过所有含水层，但不应大于冻结深度或偏出井筒。在主要含水层应安装滤水装置。
2.3测温孔
测温孔数量根据需要而定，一般为3-5个，其允许偏斜率与冻结孔相同。我国现场原来常用铜-康铜热电偶测温，现在采用温度传感器及其他仪器。
2.4冻结孔
冻结孔是冻结法的主要钻孔，用于输送低温盐水，冻结周围岩土。冻结孔的圈数按冻结深度来确定，表土较浅（<200m）时一般采用单圈冻结，眼距为1.2m-1.25m；对于深厚（>300m）表土可采用双圈，外眼距为1.2m-1.25m，内眼距为2.0m-2.5m或三圈冻结。
冻结孔测斜分为钻进测斜和成孔测斜两种。常用的冻结孔测斜方法有经纬仪灯光测斜法和陀螺仪测斜法。经纬仪灯光测斜法往往受到钻孔弯曲的影响，使测斜深度受到一定限制，一般深度为150m以下。陀螺测斜仪是专用冻结孔测斜仪，它主要由井下仪器和地面仪器两部分组成。
3、井筒掘砌施工
3.1冻结井筒掘进方法
按土层性质与冻结温度，冻结井筒常采用分区分段掘进、短段台阶式掘进和全断面-次掘进等主要方法。在掘进过程中，关键在于合理确定掘砌段高。在冻结壁发展不进入掘进断面时，取段高1.0m；在冻结壁发展进入掘进断面时，取段高2.0m-4.0m；在是强膨胀性黏土时，段高不得超过2.5m，并应该加快掘进速度，循环时间应控制在20h以内，最大不超过24h。
3.2井筒砌壁作业
冻结井筒掘砌段高应根据冻结深度及所处深度的士（岩）层性质、冻结壁裸露时间、冻结管的实际偏斜以及支护形式、施工作业等综合因素而定。段高及裸露时间的选择一定要遵照《矿山井巷工程施工及验收规范》的规定。
冻结井井壁普遍采用钢筋混凝土浇筑而成，砌筑工艺由于井壁结构形式的不同而异。于双层井壁和复合井壁（包括柔性井壁），其外层井壁的砌筑工作与井筒掘进交替进行。内层井壁采用小块钢模板或液压滑升钢模板自下而上连续浇筑。一般混凝土强度等级在C35-C55之间，深冻结井采用C55-C75。浅井混凝土普遍采用溜灰管下料，但对C40以上高强混凝土则采用底卸式吊桶下料。为改善混凝土的抗冻和旱强性能，在减小水灰比的条件下改善混凝土的和易性，都应在混凝土中加入相应的外加剂。
【关键词】井筒冻结法；矿建施工；技术
1、井筒冻结方式
1.1全深冻结
全深冻结是设计的所有冻结孔深度与井筒需要的冻结深度 -致，全深一次冻结形成冻结壁的一种冻结方式。按所冻地层的不同，全深冻结分为两种情况：一是以冻结不稳定冲积层为主，二是将冲积层和含水基岩一起作为冻结对象。在基岩部分岩性破碎、裂隙发育、涌水量及地压较大的情况下，要求所形成的冻结壁能满足承载要求，这时要选择冲积层和基岩作为冻结对象而采取全深冻结方式。全深冻结方式适应性强，施工安全可靠，被广泛采用，但对冻结段以下的地层岩性及涌水量等资料必须掌握可靠，不然，可能给冻结段以下部分的掘砌带来困难。
1.2差异冻结
差异冻结即长短腿冻结，是按地层不同深度对冻结壁的不同要求而选择的一种冻结方式。在冲积层底部的风化岩层附近赋存含水层且与冲积层有水力联系，下部有隔水层时，要求冻结壁在冲积层内以承载为主，而基岩段以封水为目的时，应采用此冻结方式。为达到冲积层和基岩段不同的冻结目的，冻结孔在同一圆周上采取长短孔间隔布置。长孔深度为井筒的冻结深度，短孔底部设置在进入风化岩层不小于10m的深度。为确保长孔底部形成一定厚度的冻结壁，必须控制长孔孔底的间距，其最大间距通常要小于4.5m，以保证开挖到短孔底部之前长孔部分冻结壁已满足施工要求。为加快上部冻结壁的形成，实现提前开挖，并使下部冻结壁尽早交圈，长短冻结孔应同时开始冻结，短孔町采用盐水反循环方式，长孔采用盐水正循环方式。差异冻结由于冻结总长度和冷量消耗较小，并能完成较深的冻结并施工，既冻结了冲积层，又处理了基岩含水层，具有较好的经济效果，得到了广泛的应用。
1.3局部冻结
在不稳定含水层位于冲积层中部或下部，而上部较稳定不需冻结；或不稳定含水层位于上部和下部，而中部较稳定不需冻结；或上部井筒已施工过而下部地层复杂或发生过事故需用冻结处理时，都可采用局部冻结方案。这时，不进行冻结的士层应是稳定的，并且要采用普通法通过。局部冻结较一次全深冻结消耗冷量少，冻结时间短，节省费用。局部冻结方式可分为地面局部冻结和井下局部冻结。地面局部冻结和 次全深冻结相似，不同之处是冻结器的结构不同。井下局部冻结，是当井筒工作面掘进至含水层上部，停止掘进，把上段井壁砌筑好，并在井壁内预埋钻孔导向管，在井筒内钻冻结孔和安装冻结器，以及配集液圈、去回路盐水干管等，在井下进行冻结。
1.4分期冻结
分期冻结即分段冻结，它是把整个井筒从上到下分段，分期冻结形成冻结壁，并使井筒的掘砌工作不间断进行。分期冻结在冻结孔的设置上与全深冻结方式相同。为达到井筒分期冻结的目的，主要依靠有别于其他冻结方式的冻结器结构来实现。分期冻结法一般分为两段、三個冻结期来完成。第一个冻结期为上段积极冻结期，即形成上段冻结壁并达到设计厚度，以保证上段井筒施工的顺利进行；在井筒掘砌至一定深度后转入第二冻结期，即下段积极冻结，上段进行维护冻结；第三冻结期是当井筒掘砌通过上段进入下段后，第二冻结段的冻结壁也达到设计要求后转入全深维护冻结。选择分期冻结方式必须具备如下地质条件：上下段冻结分界线须具有不少于10m水性能良好的士层，以之作为井筒上段掘砌时底部的隔水底垫，从而防止工作面下方涌水。
2、冻结钻孔
2.1井筒检查钻孔
（1）检查钻孔的位置、个数、深度
钻孔不得布置在井筒范围内，井筒检查钻孔距井筒中心25m以内，通常为1个，深度要超过井筒设计深度。
（2）检查钻孔的施工要求。
①应全孔取心，采取率在黏土层和基岩中要大于75%，在砂层、破碎带、软夹层和溶洞充填物中应不少于60%；②应每层取样，并进行物理力学性能测定；③应每层取样，并进行冻土物理力学性能测定。
（3）检查钻孔的有关资料。
①地质柱状图；②检查钻孔地质报告及附图。
2.2水文观察孔
水文观察孔一般打在距井筒中心lm远的位置，以不影响掘进时吊桶提升为宜。孔数1-3个，其深度应穿过所有含水层，但不应大于冻结深度或偏出井筒。在主要含水层应安装滤水装置。
2.3测温孔
测温孔数量根据需要而定，一般为3-5个，其允许偏斜率与冻结孔相同。我国现场原来常用铜-康铜热电偶测温，现在采用温度传感器及其他仪器。
2.4冻结孔
冻结孔是冻结法的主要钻孔，用于输送低温盐水，冻结周围岩土。冻结孔的圈数按冻结深度来确定，表土较浅（<200m）时一般采用单圈冻结，眼距为1.2m-1.25m；对于深厚（>300m）表土可采用双圈，外眼距为1.2m-1.25m，内眼距为2.0m-2.5m或三圈冻结。
冻结孔测斜分为钻进测斜和成孔测斜两种。常用的冻结孔测斜方法有经纬仪灯光测斜法和陀螺仪测斜法。经纬仪灯光测斜法往往受到钻孔弯曲的影响，使测斜深度受到一定限制，一般深度为150m以下。陀螺测斜仪是专用冻结孔测斜仪，它主要由井下仪器和地面仪器两部分组成。
3、井筒掘砌施工
3.1冻结井筒掘进方法
按土层性质与冻结温度，冻结井筒常采用分区分段掘进、短段台阶式掘进和全断面-次掘进等主要方法。在掘进过程中，关键在于合理确定掘砌段高。在冻结壁发展不进入掘进断面时，取段高1.0m；在冻结壁发展进入掘进断面时，取段高2.0m-4.0m；在是强膨胀性黏土时，段高不得超过2.5m，并应该加快掘进速度，循环时间应控制在20h以内，最大不超过24h。
3.2井筒砌壁作业
冻结井筒掘砌段高应根据冻结深度及所处深度的士（岩）层性质、冻结壁裸露时间、冻结管的实际偏斜以及支护形式、施工作业等综合因素而定。段高及裸露时间的选择一定要遵照《矿山井巷工程施工及验收规范》的规定。
冻结井井壁普遍采用钢筋混凝土浇筑而成，砌筑工艺由于井壁结构形式的不同而异。于双层井壁和复合井壁（包括柔性井壁），其外层井壁的砌筑工作与井筒掘进交替进行。内层井壁采用小块钢模板或液压滑升钢模板自下而上连续浇筑。一般混凝土强度等级在C35-C55之间，深冻结井采用C55-C75。浅井混凝土普遍采用溜灰管下料，但对C40以上高强混凝土则采用底卸式吊桶下料。为改善混凝土的抗冻和旱强性能，在减小水灰比的条件下改善混凝土的和易性，都应在混凝土中加入相应的外加剂。