冻结壁形成特性预报与冻结调控机制在赵固二矿西风井中的应用

赵固二矿西风井井筒穿过冲积层厚704.6m,是我国第四个穿过700m冲积层的井筒。砂性土层最深控制层位冻结壁设计厚度10.3m,平均温度-21.5℃|粘性土层最深控制层位冻结壁设计厚度9.9m,平均温度-19.0℃,掘进模板段高2.5m。调控实现不同层位冻结壁设计厚度、平均温度、井帮温度,不仅能检验冻结方案设计的科学合理性,还对该井冻结段安全经济、快速施工具有重要意义。本文介绍了该井开展冻结壁形成特性实测分析、工程预报及对冻结过程调控,实现了冻结壁设计指标,取得超700m深厚冲积层冻结段安全快速施工成功案例。     

厚600m以上冲积层冻结壁厚度设计方法研究

冻结法凿井是井筒穿过厚600 m及以上冲积层的主要凿井方法,冻结壁厚度设计计算方法是深厚冲积层冻结法凿井必须要攻克的难题之一。且深厚冲积层冻结壁厚度计算公式中涉及的相关参数难以确定,无法在工程中设计应用。结合赵固二矿西风井厚704.6 m冲积层冻结法凿井工程实践,提出厚600～1 000 m冲积层冻结壁设计时可采用经典的多姆克计算公式、维亚洛夫—扎列茨基有限段高塑性计算公式分别计算砂性土层、黏性土层冻结壁厚度,并提出计算公式中掘进段高、冻土抗压强度等关键参数取值方法。提出厚600 m以上冲积层冻结法凿井深部采用爆破掘进时,应将爆破掘进段高作为计算段高代入维亚洛夫—扎列茨基有限段高塑性计算公式,从而计算得到正确的黏性土层冻结壁厚度。针对深部不同层位地层冻土抗压强度试验值具有很大离散性的特点,提出冻结壁设计要从安全性、先进性、经济合理性的角度综合考量,系统分析冻土、非冻土抗压强度试验特点和深厚冲积层冻结段掘进工艺特点,冻土计算强度选取应区分均值与低值,均值用来计算各层位一般状态下的冻结壁厚度,低值用来核算层位最不利情况下的冻结壁厚度。提出合理发挥掘砌段高调控对冻结壁稳定性的影响作用,确定深厚冲积层黏性土层控制层位冻土计算强度取值和冻结壁设计厚度。设计方法在工程实践得到验证,取得安全优质、经济合理、快速施工的效果,科学指导了施工。     

赵固二矿西风井深厚冲积层冻结方案设计研究与应用

针对赵固二矿西风井冲积层深度超过700m,国内外类似立井施工经验少,冻结设计指导原则不统一的难题,通过分析总结已施工的深厚冲积层冻结井筒在施工过程中存在的问题,选择强化深厚冲积层冻结壁外侧冻结强度的冻结设计指导原则,采用以外圈为主冻结孔和按冻结孔功能分类布置的布孔方式,结合冻结壁形成特性综合分析方法对设计方案实施效果进行预测和优化,设计了赵固二矿西风井的冻结方案,并提出了井帮温度调控目标曲线。在冻结与掘砌相互配合所创造的良好施工条件下,该井冲积层段外壁掘砌平均速度达到87.1m/月。