摘要：本文介绍了国投新集能源股份有限公司板集煤矿副井冻结设计技术方案。 关键词：冻结壁冻结孔冻结器测温孔水文孔 Abstract: this paper introduces international trust &investment xinji energy Co., LTD board set mine coal mine frozen design scheme.
Keywords: freezing wall is WenKong freeze the frozen hole hydrological holes
中图分类号： U445.55+5文献标识码：A 文章编号：
板集煤矿隶属于国投新集能源股份有限公司，设计年生产能力为300万吨/年。采用立井开拓，在一个工广内布置主、副、风三个立井。由于副井井壁遭到破坏，致使整个矿井被淹。经专家会议研究，决定采用冻结法进行修复。本文简述冻结技术方案设计中的有关技术参数。
一、设计基本参数
（1）井筒外直径9.3m，钻井荒径10.8m；
（2）盐水温度：-30～-34℃；
（3）冻结壁平均温度：-15℃；
（4）冻土强度：根据最新冻土试验，取575m粉细砂-15℃时的冻土单轴抗压强度为6.02Mpa，安全系数取1.5，其冻土长时强度为4.013MPa；
（5）最大孔间距小于2.8m；
（6）修复井壁段高为1.5m。
二、冻结技术方案设计
1、冻结壁设计
按维亚洛夫―扎列茨基公式计算冻结壁厚度：
式中：E―冻结壁厚度，m；η―固端条件系数，取0.8；P―地压，0.013H=580.0×0.013=7.552(MPa)；h―安全掘进段高，取1.5m；K―安全系数，取1.2；στ―冻土长时强度，取4.013MPa；综合考虑各种因素，取冻结壁厚度取E=5.0m。
2、冻结孔布置
为使冻结壁快速交圈，迅速达到设计厚度，增强抵抗地层扰动后性能弱化所带来其它风险的能力，采用双排孔布置。为减少冻胀力对井壁造成影响，内排孔布置圈径尽量小。外排孔至冻结壁外峰面距离为1.2m，外排孔内偏值不大于0.6m，外排孔孔间距控制在1.4～1.5m范围；冻结壁有效厚度为钻井荒径至冻结壁外峰面。内排孔应比外排孔早交圈，即其孔间距应比外排孔小，控制在1.3～1.4m范围；为减小冻胀力对井壁影响，内侧冻结壁厚度应尽可能小，故内排孔离井壁尽可能近，但不小于最大孔间距之半（1.4m），即冻土达到井壁外缘位置应在交圈后，取1.7m；钻孔内偏值控制在0.6m以内。具体布置参数如下表：
冻结孔布置参数表
项目名称 单位 技术参数 备 注
外排孔 内排孔
圈径 m 19.6 13.9
孔数 个 42 32 外多内少
开孔间距 m 1.465 1.364 外大内小
深度 m 673 660 外深内浅
冻结方式 全深 局部 内排孔380m以下冻结
（2）冻结孔深度确定
根据井壁结构图及地质柱状图，充分考虑冻结壁安全封水性能，内排孔深度以穿过钻井法井壁底部的壁座支撑圈（644.8m）10m以上为原则，确定其深度为660m；外排孔深度除考虑以上因素外，还应穿过底部含水层进入不含水稳定基岩（粉砂岩667.15～678.75m）5m以上为原则，确定其深度为673m。
（3）冻结方式确定
根据专家会议讨论研究，井壁出水点位置应在三隔以下地层，三隔以上地层井壁相对完好。为防止冻胀力对上部钢筋混凝土井壁破坏，380m以上内排孔采取隔温措施，即不进行冻结，只冻结380m以下地层；为隔绝所有地层与出水点存在水力联系，外排孔采取全深冻结。
3、冻结器设计
外排孔冻结管采用Ф159×5~7的无缝钢管内管箍连接，内下Ф75×6的聚乙烯塑料软管作供液管。
内排孔380m以上采用φ168×6mm低碳钢无缝钢管，外管箍焊接联接，内下双φ70×5mm聚乙烯塑料软管；380m以下采用为φ159×7mm低碳钢无缝钢管，内管箍焊接，内下φ70×5mm聚乙烯塑料软管。具体结构如右图所示。
4、测温孔设计
设计7个测温孔，深度为400m的1个，深度为660m布置4个，深度为673m布置2个。内排孔与外排孔之间布置1个400m测温孔，井壁与内排孔之间四个方向各布置1个深度为660m测温孔，外排孔孔间距较大处界面位置布置1个深度为673m测温孔，内、外排冻结孔之间布置1个深度为673m测温孔。测温管采用Ф108×4.5无缝钢管外管箍连接。
5、水文孔布置
为减小井壁受冻胀影响，在冻结壁内侧布置一定数量的水文孔，以释放早期冻胀力。在冻结壁内侧（内排孔与井壁之间）布置4个水文孔S1、S2、S3、S4，其孔深分别为386m、386m、581m、581m，均采用双层报导，管内设置隔板，释放二含、三含、三隔及四含内的冻胀水。S1、S2、S3、S4报导的层位分别为102～121m与131～386m、102～121m与131～386m 、387～544m与544～581、387～544m与544～581。花管设置在厚度较大的砂性土层中。水文孔采用Ф159×5无缝钢内管箍连接。
三、冻结孔质量控制
（1）偏斜控制：冻结孔偏斜采用靶域控制，表土段靶域半径不大于800mm，基岩段靶域半径不大于1000mm。
（2）偏值控制：外排孔径向偏值不大于600mm；内排孔内偏值不大于600mm，且外偏不大于200mm。
（3）最大孔间距控制：外排孔：冲积层小于2.8m，基岩层小于3.2m；内排孔：冲积层小于2.7m，基岩层小于3.1m。孔深控制：冻结孔深度不得小于设计深度，但不得大于设计深度1000mm。测温孔及水文孔质量控制按冻结孔标准执行。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。