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一建矿业实务复习第6章井巷工程61（第2页）

（5）双圈或多圈孔冻结

冻结深厚冲积层且深部有厚粘土层，冻结壁厚度大于6.5米时，可采用双圈或多圈孔冻结方案。地下水流速大及含盐量高的地层，也可采用双圈或多圈孔冻结方案。深井冻结时可采用在主冻结孔与井孔荒径之间布置辅助冻结孔的主辅孔冻结方案，辅孔布置圈直径和深度应根据地质条件、冻结壁状况及井筒开挖时间、掘砌速度等因素确定

3）井筒掘进与支护

冻结井筒掘进特点是井筒内无涌水、淋水，不设排水设备，一般不用临时支护

采用冻结法施工，井筒的开挖时间要选择适时，通常选择当冻结壁已经形成而又尚未冻至井筒范围以内时开挖最为理想，井筒开挖必须具备以下条件：

（1）水文观测孔内的水位有规律的上升，并溢出管口不应少于七天。当水文观测孔失效或无水文孔时，井筒内的水位应有规律的上升

（2）测温孔的温度以符合设计规定，井筒浅部不应发生较大片帮，且不同深度、不同土层的冻结壁厚度，应符合设计规定，同时应满足连续掘砌施工要求

（3）地面提升、搅拌、运输、供热、材料供应等辅助设施均已具备井筒连续施工的条件

冻结井筒井壁一般采用钢筋混凝土双层或者复合井壁。外层井壁厚度为400到600毫米，随掘随进行浇筑。内层井壁厚度一般为500到1千毫米，它是在通过冻结段后自下向上一次施工到井口。井筒冻结段双层井壁的优点，是内壁无接槎，井壁抗渗性好，内壁在冻结壁维护期（消极冻结期）施工，混凝土养护条件较好，有利于保正井壁质量

冻结井筒掘砌段高应根据地层性质、冻结壁强度、井邦稳定性和井壁结构、施工工艺、掘砌速度等因素综合分析确定。冲积层掘进段高：

试挖阶段不宜大于两米，正式开挖阶段不应大于四米（冻结壁径向位移不应大于50毫米，循环作业时间不应大于30小时）；膨胀性大的厚粘土层不宜超过2.5米，且井帮暴露时间不应大于24小时。基岩段掘进段高不宜大于四米，风化破碎带岩层应实行短段掘砌，段高不应超过四米，较稳定岩层可实实际情况加大段高，并应进行临时支护

冻结井筒应适当提高井壁混凝土的早期强度，使其温度降至0度前，获得足够强度以抵抗冻结压力，并在受冻后继续硬化而不影响终期强度。冻结井壁提高混凝土强度的措施主要包括掺入低温早强剂、减水剂或防裂密实剂，提高温混凝土入模温度，采用大流态低温混凝土等。一般要求外壁施工混凝土的入模温度以为15度，低温季节施工时不应低于10度，内壁施工温度不宜低于15度。采用夹层时不应低于10度，基岩段不应低于20度。外壁砌壁模板可选用液压整体金属模板、装配式钢模板等，且应备有不少于一组1到1.5米高的应急模板；内壁砌壁模板可选用液压滑升钢模板、装配式钢模板，且施工速度不宜超过12米每天

4）冻结管（孔）处理

冻结管拔管前利用热盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻土融化达100毫米，以便顺利拔管。冻结管拔起500毫米左右后，便可停止循环热盐水。拔冻结管要占用井口工期至少1到1.5个月，目前大多数井筒不拔冻结管。冻结管是否回收由冻结施工单位和建设单位协商确定。无论是否回收冻结管，冻结孔废弃之前，应用水泥砂浆对全管（孔）充填，防止上下含水层串通。充填宜采用水灰比为1比1水泥砂浆或水泥粘土混合浆，浆液应防冻，浆液体积不应低于全孔体积的95%。充填和拔管可交替作业也可顺序作业。如冻结管拔不出来，可采用穿孔充填法，将管内及管外环形空间填实

3.适用条件

冻结法适用于松散不稳定的冲积层、裂隙含水层、松软泥岩层以及含水量和水压特大的岩层。对于含水率非常小或地下水流速相当大的地层不适用。在冻结法中对施工井筒的形状、截面尺寸和深度基本上不受限制，具有防水性好、技术可靠、工期易于保证等优点，已成为我国在冲积层和西部地区富（含）水基岩中开凿立井井筒使用最为广泛的特殊施工法。因冻结法即可满足复杂地质条件，又可作为工程抢险和事故处理的手段被广泛应用于矿山井巷工程中。在地铁联络通道，大容积地下硐室等工程中，也有很好的应用。

6.1.3立井井筒钻井施工法

1.基本原理

钻井法是利用钻头刀具将岩石破碎，用泥浆或其他介质进行洗井、护壁和排渣，将井筒分次扩孔钻成或全断面一次钻成至设计直径和深度后，再进行永久支护的一种机械化凿井方法。钻井法的井筒支护与其他施工法的井筒支护不同，采用的是泥浆中悬浮下沉，带有井壁底的钢筋混凝土预制井壁，每节井壁的上下端预埋供连接用的金属法兰盘，在井口用螺栓和焊接的方法把井壁逐节连接、悬浮下沉至井底，最后在井壁与井帮的间隙中下放充填管道，分段充填水泥浆等最终固结成井。

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2.施工工艺

钻井法的主要工艺过程包括钻机钻进、泥浆洗井与护壁、井壁预制与悬浮下沉和壁后充填固井等。

1）钻机钻进

我国目前采用的钻井机多为转盘式钻井机，其类型有ZZS—1、ND—1、SZ—9700、AS—9500、AS—12800、BZ—1、L40800、L401000和AD1301000型等。钻井机的动力设备多数设置在地面，钻进时钻台上的转盘旋转，通过主动钻杆驱动钻杆和钻头旋转，钻头上装有破岩刀具。表土及软岩地层宜采用楔齿滚刀破岩，硬岩地层宜采用球齿滚刀破岩。钻机钻进参数，包括钻压、转速、（钻）进速度等，钻进参数直接影响钻进速度，同时对井筒偏斜、井径刷大等井筒钻进质量指标也有很大影响。为了保证井筒的垂直度，钻进时一般采用减压钻进，一般总钻压不宜超过钻头，在泥浆中重量的70%。在表土向岩层过渡段，不宜大于50%。钻进过程中，应采用超声波测井仪测井，测井选点应沿井筒的纵横断面均匀布置，每个水平不得少于四个测点。

井筒钻进方式多采用分次扩孔钻进，即首先用钻头一次钻到基岩，在基岩部分占的比例不大时，也可用超前钻头一次钻到井底，而后分次扩孔至基岩或井底。超前钻头和扩孔钻头的直径一般已是固定的，但有的钻机（如BZ—1钻机）可在一定范围内调整钻头的钻进尺寸。这样就可以选择扩孔的直径和次数，选择的原则是在转盘和提吊系统能力允许的情况下，尽量减少扩孔次数，以缩短辅助时间。

2）泥浆洗井护壁

钻井施工泥浆应采用水基化学泥浆，钻进过程中泥浆密度，粘度，失水量，泥皮厚度，PH值、含砂量，稳定性等参数，应根据钻进地层确定，通常密度为1.15到1.30克每立方厘米，粘度为18到30秒，失水量采用气压测量时不大于30毫升每30分钟，含砂量不大于3%；PH值为7.5到8.5，泥皮厚度为1.0到2.0毫米，稳定性小于或等于0.003，宜利用地层造浆满足钻井需求

钻头破碎下来的岩屑必须及时用循环泥浆从工作面清除，使钻头上的刀具始终直接作用在未被破碎的岩石面上，提高钻进效率。洗井即是钻进时利用连续流动的泥浆将破碎岩屑从钻井工作面清除的过程，洗井方式可采用正循环和反循环，钻井直径超过三米，已采用反循环洗井。正循环和反循环的泥浆流速均应满足携带钻渣要求，反循环时最大钻渣粒径应小于排浆管过流断面的四分之三。冲洗过钻井工作面的泥浆需要恢复其性能参数称为泥浆净化，目前多采用单级净化方式，净化方法包括重力、机械和化学方法。

泥浆的另一个重要作用就是护壁。护壁的作用，一方面是借助泥浆的液柱压力平衡低压，另一方面是在井帮上形成泥皮，堵塞裂隙，防止片帮。为了利用泥浆有效的洗井护壁，要求泥浆有较好的稳定性，不易沉淀。泥浆的失水量要比较小，能够形成薄而坚韧的泥皮。泥浆的粘度在满足排渣要求的条件下，要具有较好的流动性和便于净化。停钻时间较长时应每隔2到3天进行一次泥浆循环，以防止泥浆沉淀。钻进漏失地层前应储备备用泥浆和堵漏剂。

3）井壁预制与下沉

钻井井壁的结构形式包括钢筋混凝土井壁和钢板混凝土复合井壁，钢板混凝土复合井壁有单层和双层两种。井壁结构应考虑竖向附加力的影响，根据地质条件宜在井筒的适当位置设置可缩井壁。地面预制井壁吊运，使得混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不得小于25兆帕。

钻井井壁悬浮下沉是根据井壁在泥浆中的悬浮平衡条件进行的，下沉过程中井壁不断接长。由于浮力大于井壁的重量，必须向井壁内灌注配重水，并把原井筒内和下沉井壁等体积的泥浆排掉，使井壁逐步下沉，控制加入配重水的速度和数量，就可控制井壁下沉的速度和深度。井壁下沉时，井壁上沿应高出泥浆浆面1.5米以上，同时要及时排除泥浆，以免泥浆外溢和沉淀。预制井壁的连接间隙不得大于40毫米，且应在井壁法兰盘连接，焊接完成后进行节间充填注浆，浆液凝固后单轴抗压强度不应小于25M帕，浆液的结石率应大于95%。井壁下沉即将触底时，应及时采用无水段悬挂垂线方式，从垂线方向向井筒中心线方位扶正井筒，井筒扶正后宜采用超声波测井仪测量有水段井筒偏斜率。

4）壁后充填固井

壁后充填固井是通过充填管道向井壁外侧与钻井井帮之间的环形空间注入相对密度大于泥浆的充填材料，并自下而上的将泥浆置换出来，充填材料凝固后，起固结井壁和封水的作用。壁后充填固井方法包括井壁加压外管充填、井壁漂浮外管充填和井壁漂浮内管充填方法。井筒壁后充填固井，应采用水泥浆等胶结材料和碎石等非胶结材料交替进行。充填用水泥浆的相对密度不得小于1.6克每立方厘米，碎石的最大粒径不宜超过60毫米。井筒第一段高实际充填量不应小于测算值的90%，其他段高实际充填量不应小于测算值的80%。采用水泥浆等胶结材料充填时，充填段高不得小于30m。采用碎石等非胶结材料充填时，每一次充填段高不得超过100米。井筒顶部3到5米，宜采用混凝土充填。壁后充填质量检查，应在井筒排水、临时改绞完成后进行。

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3.适用条件

钻井法机械化程度高，全部作业在地面进行，工作条件好，是一种劳动强度小，安全可靠，成井质量好的立井井筒施工方法，适用于各种不同的地质及工程条件，不仅可用于深厚含水不稳定冲积层的井筒施工，也可用于稳定、中等硬度岩层中的井筒施工，但受钻机规格和能力的限制，往往只能钻凿一定直径和深度的井筒。

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