特殊法鑿井課件

1、特殊法鑿井緒論一、定義我國煤炭資源豐富，煤田分布廣泛，有些煤田賦的地質條件非常復雜。在地質和水文地質條件復雜的的礦區(qū)建設礦井。須用普通法施工將會遇到很大的困難，有時甚至是不可能的。只有采用一些特殊的技術和方法，才能保證施工順利進行。在井巷施工中所采用的這些特殊的技術措施和方法，一般叫做“井巷特殊施工法”，簡稱“特殊鑿井”。因此，特殊鑿井是指在那些不穩(wěn)定的松散含水層（例如流砂、淤泥層）或者穩(wěn)定但涌水量很大的裂隙巖層或破碎帶中，預先采用特殊的技術措施或其它科學方法，改善客觀條件以后再進行施工，或者用機械破巖方法直接鉆進井筒的施工方法。這些技術措施有：凍結法、沉井法、混凝土帷幕法、注漿法、鉆井法以及

2、板樁法、旋噴法、質構法、管棚法、降低水位法、電滲與電化學加固法等。特殊鑿井技術措施按其實質和特點可公為三類：1、圍巖加固類在井巷工程開鑿前之前，對圍巖采取暫時或永久性的加固措施，使施工范圍內的圍巖穩(wěn)定后再進行掘砌作業(yè)。如凍結法、注漿法、降低水位法等均屬此類。2、超前支護類在井巷工程開鑿之前，對圍巖采取超前支護的措施，用以隔絕或減少流砂和地下水的涌入，然后在超前支護的保護下進行掘進或砌壁施工。如沉井法、混凝土帷幕法、板樁法、管棚法入質構法等均屬此類。3、機械破巖類采用大型機械直接破巖、出矸或砌壁、全部掘砌施工實現(xiàn)機械化。如鉆井法。凍結法一、凍結法實質和適用條件凍結法是在各種不穩(wěn)定的松散含水層或含

3、水豐富的巖層中，采用人工制冷的方法，將地下工程周圍地層中的水凍結成凍，并與地層一起構成一道具有足夠強度和穩(wěn)定性的凍結壁，用以抵抗地壓或隔絕地下工程與地下水的聯(lián)系，保障地下工程安全、順利施工的一種特殊施工方法。凍結法的實質是采用人工制冷的方法，將不穩(wěn)定的地層暫變?yōu)榉€(wěn)定的地層，以利于地下工程的施工。凍結法被應用在各種不穩(wěn)定的松散含水層（如流砂層），以及含水豐富的裂隙巖層（或破碎帶）的地下施工中，但是當?shù)叵滤}量較高或速較大（流速u>17X10-3m/s）時不宜采用。二、凍結法鑿井凍結法鑿井分為鉆凍結孔、形成凍結壁和井筒掘砌三大工序。首先在末開鑿的井筒周圍打一定數(shù)量的凍結孔，其深度穿過不穩(wěn)定

4、巖層進入穩(wěn)定巖層，在孔內安裝凍結管。凍結管包括下端封閉的凍結管和在凍結管內裝設的下口不封閉的供液管。成凍結壁是凍結法鑿井的中心環(huán)節(jié)，是巖層凍結的結果，人工制冷是通過凍結站的氨循環(huán)系統(tǒng)、鹽水循不系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)的。通常使用氨作為制冷劑。利用氨由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)吸熱的原理達到制冷。液態(tài)氨吸收蒸發(fā)器周圍鹽水的熱量，變?yōu)轱柡偷钠麘B(tài)氨。經(jīng)壓壓縮機壓縮變?yōu)檫^熱蒸汽氨。進入冷凝器中與冷卻水進行熱交換，又變?yōu)橐簯B(tài)氨，經(jīng)調節(jié)閥降壓后成為低壓、低溫的液態(tài)氨，回到蒸發(fā)器中得新汽化，構成氨的特循環(huán)系統(tǒng)。冷卻水一般由水泵抽放到時地面儲水池，然后送到冷凝器中吸收過熱蒸氣氨的熱量，使其變?yōu)橐簯B(tài)氨，吸熱后的水一部分冷卻

5、后后循環(huán)使用，另一部分被排走。被氨吸熱降溫后的低溫（-2535°C）鹽水，從鹽水箱通過去路干管到井口液圈，進入供液管后從從凍結管底部緩緩上升，回到集液圈，經(jīng)回味路干管又返回鹽水箱，構成鹽水循不系統(tǒng)。低溫鹽水在凍結管內緩緩上升的過程，吸收凍結管周圍巖土的熱量，使含水巖土逐漸形成凍結圓柱，并不斷向外擴展，彼此連接扣形成具有一定厚度各強度的凍結壁。當凍結壁達到設計厚度和強度時，井筒就可以進行掘砌施工。由于凍結壁起到超前支護的作用，井筒掘砌大多采用短段施工的方法，不需要臨時支護。凍結法鑿井有適用各種復雜地質和水文地質條件的優(yōu)點，三、制冷原理1、氨循不系統(tǒng)工業(yè)制冷，是利用物理質由一種狀態(tài)變?yōu)榱?/p>

6、一狀態(tài)的物理變化過程中吸熱或放熱的原理，使周圍介質冷卻或變熱達到制冷的目的。凍結鑿井中，多是采用氨作為制冷劑，蒸發(fā)器中的氨由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)時吸收周圍鹽水的熱量，使鹽水的溫度下降，成低溫鹽水。又把低溫鹽水送達到凍結器中循環(huán)不，吸收周圍巖土的熱量，使周圍巖土垢溫度下降并逐漸。汽化后的氨被收集起來送到壓縮機中壓縮，達到一定壓力后，進入冷凝器中被冷卻水卻液化，氨在冷凝器中由汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時所放出的熱量由冷卻水帶走。液化后的氨還將被送回蒸發(fā)器中重新汽化。從而形成凍結法鑿井的制冷循不系統(tǒng)。2、鹽水循不系統(tǒng)和冷卻水循不系統(tǒng)鹽水循不系統(tǒng)鹽水在制冷過程中起著輸送冷量的作用。鹽水在凍結站的鹽水箱中被冷卻，冷卻后的低溫

7、鹽水由鹽水泵吸出，經(jīng)去路干管被送到井口配液圈，由配液圈分配給各供液管，在泵的壓力作用下，鹽水從凍結管底部在凍結管和供液管的環(huán)形空間緩緩上升，在上升的過程中吸收凍結管周圍巖層的熱量，吸熱后的鹽水在凍結管頂部由回液管進入地面的集液圈，再沿回路干管返回凍結站的鹽水箱，重新被冷卻。這樣就形成了鹽水的循不系統(tǒng)。鹽水的循不方式有兩種：正循環(huán)和反循環(huán)。反循環(huán)方式是指低溫鹽水由回液管進入凍結管與供液管的環(huán)形空間，在泵的壓力作用下緩慢下行，吸收凍結管周圍巖熱量，到凍結管底部后沿供液管上升進入地面的配液圈。鹽水的正、反循環(huán)湖可由設在干管上閥門來控制。在凍結施工中，當凍結段較大時，鹽水正、反循環(huán)方式通常是交替使用。

8、為了提前開挖和保證凍結壁的厚度上下較為均勻，在凍結初期可采用鹽水正循環(huán)方式，待凍結圓柱交圈后改為反循環(huán)方式，以加快上部凍結壁的形成，親達到設計厚度，為井筒提前開挖創(chuàng)造條件。當上部凍結壁達到設計厚度并開始掘砌井筒后，再改為正循環(huán)方式，使下部凍結壁盡快達到設計厚度。四、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在制冷過程中，冷卻水用于冷凝器中吸收過熱蒸氣氨的熱量，使其變?yōu)橐簯B(tài)氨，同時用于氨壓縮機氣缸的冷卻，保證壓縮機的正常運轉。冷卻水可取自地面的河流、池塘或地下水源井。目前施工現(xiàn)場多采用打水源井取地下水的方法，其成本較高。水源井的設置位置，對凍結井壁來說，應在地下水流影響半徑以外，一般距凍結井在300m以上，而且在水流方向的

9、上方，以防影響井筒的凍結。五、凍結孔施工凍結孔施工包括用鉆機鉆凍結孔和安裝凍結器兩項主要工序，其中還有鉆凍結孔期間的測斜、糾偏及其他輔助工作。根據(jù)凍結孔數(shù)目和工程量的多少，它所需要時間約占總施工期折20%35%,工程費用約占總費用的25%30%左右。1、鉆凍結孔設備鉆凍結孔設備也稱打鉆設備，包括鉆塔、鉆機、鉆頭等機具。目前我國所使用的鉆機多為施轉式轉盤鉆機。2、鉆孔質時要求(1) 開孔鉆進保證鉆孔有良好的垂直度、鉆進速度和鉆孔質量的重要一環(huán)。因而要求在開孔的1020m以內，鉆孔的直徑比正常鉆進直徑大2040mm.(2) 為保證順利安裝凍結管，要求鉆孔的終孔直徑比凍結管接頭外箍大1520mm:(

10、3) 鉆孔的偏斜率，當沖積層厚度300m時，為0.2%0.3%;當沖積厚度300m時，為0.3%0.35%,偏斜過大,將增大冰藍結壁厚度和增加凍結時間。(4) 為保證凍結深度，實際的鉆孔深度一設計鉆孔深度的差值應小于500mm.3、測斜這保證凍結壁的必要厚度和上下均勻，以不增加凍結時間，凍結孔應有良好的垂直度。然后在鉆進過程中，往往產(chǎn)生偏斜。因而要用測斜的手段及時發(fā)現(xiàn)偏斜，以便采取有效措施，將偏斜的鉆孔糾過來。(1) 測斜方式通常有開孔測斜、段距測斜、定點測斜、終孔測斜和凍結管測斜。(2)測斜方法目前我國在凍結孔的鉆進施工中，所采用的測斜方法，通常有燈光經(jīng)緯儀測斜，它適用于較淺的鉆孔(小于15

11、0m);以及陀螺儀測斜，還適用于任何深度的鉆孔。4、糾偏在鉆進過程中，經(jīng)測斜表明鉆孔的偏斜超過允許值時，應立即住鉆，進行鉆孔的糾偏。其方法有：1)掃孔2)擴孔3)鏟孔4)用迪納鉆具糾偏六、井筒掘井與支護1、試挖條件：在正式開挖之前，需進行試挖。具備以下條件時，可進行試挖。(1)水文孔內的水位已有規(guī)律的上升并已冒水。(2) 測溫孔內的溫度已降至設計要求值，證實含水層的凍結壁已全部交圈。(3) 去路和回路鹽水的溫度差不超過2°C。(4) 按不同巖層的凍結速度推算，每一巖層的凍結壁厚度已達到設計要求。(5) 按不同的凍土溫度計算，每一巖層的凍結壁強度已達到設計要求。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，淺井(150m以內)可在水文孔冒水后10天左右進行試挖，深井可在水文孔