特殊法凿井课件

1、特殊法凿井绪论一、定义我国煤炭资源丰富，煤田分布广泛，有些煤田赋的地质条件非常复杂。在地质和水文地质条件复杂的的矿区建设矿井。须用普通法施工将会遇到很大的困难，有时甚至是不可能的。只有采用一些特殊的技术和方法，才能保证施工顺利进行。在井巷施工中所采用的这些特殊的技术措施和方法，一般叫做“井巷特殊施工法”，简称“特殊凿井”。因此，特殊凿井是指在那些不稳定的松散含水层（例如流砂、淤泥层）或者稳定但涌水量很大的裂隙岩层或破碎带中，预先采用特殊的技术措施或其它科学方法，改善客观条件以后再进行施工，或者用机械破岩方法直接钻进井筒的施工方法。这些技术措施有：冻结法、沉井法、混凝土帷幕法、注浆法、钻井法以及

2、板桩法、旋喷法、质构法、管棚法、降低水位法、电渗与电化学加固法等。特殊凿井技术措施按其实质和特点可公为三类：1、围岩加固类在井巷工程开凿前之前，对围岩采取暂时或永久性的加固措施，使施工范围内的围岩稳定后再进行掘砌作业。如冻结法、注浆法、降低水位法等均属此类。2、超前支护类在井巷工程开凿之前，对围岩采取超前支护的措施，用以隔绝或减少流砂和地下水的涌入，然后在超前支护的保护下进行掘进或砌壁施工。如沉井法、混凝土帷幕法、板桩法、管棚法入质构法等均属此类。3、机械破岩类采用大型机械直接破岩、出矸或砌壁、全部掘砌施工实现机械化。如钻井法。冻结法一、冻结法实质和适用条件冻结法是在各种不稳定的松散含水层或含

3、水丰富的岩层中，采用人工制冷的方法，将地下工程周围地层中的水冻结成冻，并与地层一起构成一道具有足够强度和稳定性的冻结壁，用以抵抗地压或隔绝地下工程与地下水的联系，保障地下工程安全、顺利施工的一种特殊施工方法。冻结法的实质是采用人工制冷的方法，将不稳定的地层暂变为稳定的地层，以利于地下工程的施工。冻结法被应用在各种不稳定的松散含水层（如流砂层），以及含水丰富的裂隙岩层（或破碎带）的地下施工中，但是当地下水含盐量较高或速较大（流速u>17X10-3m/s）时不宜采用。二、冻结法凿井冻结法凿井分为钻冻结孔、形成冻结壁和井筒掘砌三大工序。首先在末开凿的井筒周围打一定数量的冻结孔，其深度穿过不稳定

4、岩层进入稳定岩层，在孔内安装冻结管。冻结管包括下端封闭的冻结管和在冻结管内装设的下口不封闭的供液管。成冻结壁是冻结法凿井的中心环节，是岩层冻结的结果，人工制冷是通过冻结站的氨循环系统、盐水循不系统和冷却水循环系统来实现的。通常使用氨作为制冷剂。利用氨由液态变为汽态吸热的原理达到制冷。液态氨吸收蒸发器周围盐水的热量，变为饱和的汽态氨。经压压缩机压缩变为过热蒸汽氨。进入冷凝器中与冷却水进行热交换，又变为液态氨，经调节阀降压后成为低压、低温的液态氨，回到蒸发器中得新汽化，构成氨的特循环系统。冷却水一般由水泵抽放到时地面储水池，然后送到冷凝器中吸收过热蒸气氨的热量，使其变为液态氨，吸热后的水一部分冷却

5、后后循环使用，另一部分被排走。被氨吸热降温后的低温（-2535°C）盐水，从盐水箱通过去路干管到井口液圈，进入供液管后从从冻结管底部缓缓上升，回到集液圈，经回味路干管又返回盐水箱，构成盐水循不系统。低温盐水在冻结管内缓缓上升的过程，吸收冻结管周围岩土的热量，使含水岩土逐渐形成冻结圆柱，并不断向外扩展，彼此连接扣形成具有一定厚度各强度的冻结壁。当冻结壁达到设计厚度和强度时，井筒就可以进行掘砌施工。由于冻结壁起到超前支护的作用，井筒掘砌大多采用短段施工的方法，不需要临时支护。冻结法凿井有适用各种复杂地质和水文地质条件的优点，三、制冷原理1、氨循不系统工业制冷，是利用物理质由一种状态变为另

6、一状态的物理变化过程中吸热或放热的原理，使周围介质冷却或变热达到制冷的目的。冻结凿井中，多是采用氨作为制冷剂，蒸发器中的氨由液态变为汽态时吸收周围盐水的热量，使盐水的温度下降，成低温盐水。又把低温盐水送达到冻结器中循环不，吸收周围岩土的热量，使周围岩土垢温度下降并逐渐。汽化后的氨被收集起来送到压缩机中压缩，达到一定压力后，进入冷凝器中被冷却水却液化，氨在冷凝器中由汽态变为液态时所放出的热量由冷却水带走。液化后的氨还将被送回蒸发器中重新汽化。从而形成冻结法凿井的制冷循不系统。2、盐水循不系统和冷却水循不系统盐水循不系统盐水在制冷过程中起着输送冷量的作用。盐水在冻结站的盐水箱中被冷却，冷却后的低温

7、盐水由盐水泵吸出，经去路干管被送到井口配液圈，由配液圈分配给各供液管，在泵的压力作用下，盐水从冻结管底部在冻结管和供液管的环形空间缓缓上升，在上升的过程中吸收冻结管周围岩层的热量，吸热后的盐水在冻结管顶部由回液管进入地面的集液圈，再沿回路干管返回冻结站的盐水箱，重新被冷却。这样就形成了盐水的循不系统。盐水的循不方式有两种：正循环和反循环。反循环方式是指低温盐水由回液管进入冻结管与供液管的环形空间，在泵的压力作用下缓慢下行，吸收冻结管周围岩热量，到冻结管底部后沿供液管上升进入地面的配液圈。盐水的正、反循环湖可由设在干管上阀门来控制。在冻结施工中，当冻结段较大时，盐水正、反循环方式通常是交替使用。

8、为了提前开挖和保证冻结壁的厚度上下较为均匀，在冻结初期可采用盐水正循环方式，待冻结圆柱交圈后改为反循环方式，以加快上部冻结壁的形成，亲达到设计厚度，为井筒提前开挖创造条件。当上部冻结壁达到设计厚度并开始掘砌井筒后，再改为正循环方式，使下部冻结壁尽快达到设计厚度。四、冷却水循环系统在制冷过程中，冷却水用于冷凝器中吸收过热蒸气氨的热量，使其变为液态氨，同时用于氨压缩机气缸的冷却，保证压缩机的正常运转。冷却水可取自地面的河流、池塘或地下水源井。目前施工现场多采用打水源井取地下水的方法，其成本较高。水源井的设置位置，对冻结井壁来说，应在地下水流影响半径以外，一般距冻结井在300m以上，而且在水流方向的

9、上方，以防影响井筒的冻结。五、冻结孔施工冻结孔施工包括用钻机钻冻结孔和安装冻结器两项主要工序，其中还有钻冻结孔期间的测斜、纠偏及其他辅助工作。根据冻结孔数目和工程量的多少，它所需要时间约占总施工期折20%35%,工程费用约占总费用的25%30%左右。1、钻冻结孔设备钻冻结孔设备也称打钻设备，包括钻塔、钻机、钻头等机具。目前我国所使用的钻机多为施转式转盘钻机。2、钻孔质时要求(1) 开孔钻进保证钻孔有良好的垂直度、钻进速度和钻孔质量的重要一环。因而要求在开孔的1020m以内，钻孔的直径比正常钻进直径大2040mm.(2) 为保证顺利安装冻结管，要求钻孔的终孔直径比冻结管接头外箍大1520mm:(

10、3) 钻孔的偏斜率，当冲积层厚度300m时，为0.2%0.3%;当冲积厚度300m时，为0.3%0.35%,偏斜过大,将增大冰蓝结壁厚度和增加冻结时间。(4) 为保证冻结深度，实际的钻孔深度一设计钻孔深度的差值应小于500mm.3、测斜这保证冻结壁的必要厚度和上下均匀，以不增加冻结时间，冻结孔应有良好的垂直度。然后在钻进过程中，往往产生偏斜。因而要用测斜的手段及时发现偏斜，以便采取有效措施，将偏斜的钻孔纠过来。(1) 测斜方式通常有开孔测斜、段距测斜、定点测斜、终孔测斜和冻结管测斜。(2)测斜方法目前我国在冻结孔的钻进施工中，所采用的测斜方法，通常有灯光经纬仪测斜，它适用于较浅的钻孔(小于15

11、0m);以及陀螺仪测斜，还适用于任何深度的钻孔。4、纠偏在钻进过程中，经测斜表明钻孔的偏斜超过允许值时，应立即住钻，进行钻孔的纠偏。其方法有：1)扫孔2)扩孔3)铲孔4)用迪纳钻具纠偏六、井筒掘井与支护1、试挖条件：在正式开挖之前，需进行试挖。具备以下条件时，可进行试挖。(1)水文孔内的水位已有规律的上升并已冒水。(2) 测温孔内的温度已降至设计要求值，证实含水层的冻结壁已全部交圈。(3) 去路和回路盐水的温度差不超过2°C。(4) 按不同岩层的冻结速度推算，每一岩层的冻结壁厚度已达到设计要求。(5) 按不同的冻土温度计算，每一岩层的冻结壁强度已达到设计要求。根据现场施工经验，浅井(150m以内)可在水文孔冒水后10天左右进行试挖，深井可在水文孔