注浆法和冻结法在立井施工中的效益分析
井筒是矿井的咽喉，井筒开凿的工程量虽然仅占全矿井建设开拓工程量的3%～5%，但井筒施工期却占矿井建设总工期的30%～50%。
随着开拓深度的增加，地质和水文地质条件越来越复杂，井筒施工工期占矿井建设工期的比例也将相应增加。
国内外大量井筒施工实践表明，在众多影响建井快速施工的因素当中，水害及其防治技术是最关键的因素。
平顶山砂岩，节理与细微裂隙极其发育，含水量大、水压高，是本地区建井施工的重大水患，为保证工程的顺利进行必须治水。
研究掌握平顶山砂岩治水方法，关系到工程成本及进度，直接影响井筒工程的技术经济指标，同时也希望对和平顶山砂岩类似地层治水提供参考。
下载论文网 /3/view—13006047.htm 一、工程概况与研究意义 平煤股份十矿通风系统补套北二进风井井筒掘砌工程是进风井工程施工过程中的一个重要组成部分，由平顶山平煤设计院有限公司设计，该井筒主要担任十矿三水平二期开采时期内的进风任务，设计井筒净直径8m，井口标高+223.000m，井底标高—896.572m，井深1119.572m 平煤股份十矿北二进风井位于平顶山市卫东区东高皇乡土寨沟村，与十矿三水平进风井相距59m。
参照十矿三水平进风井施工中的水文报告，预测北二进风井井筒两个含水层最大涌水量为191m3/h，防治水工作是该井筒掘进施工过程中的重点。
基于对十矿三水平井筒注浆法凿井和八矿二井冷冻法凿井的技术对比，对二者经济效益的分析进行比较，找出最佳的凿井方法，并在施工中运用这些理论进行分析。
对于在含水层多且厚的平顶山地区进行竖井作业，采用注浆和冷冻都是有效的方法，本文对比分析上述两种方法施工工艺，找出最适合本地区的井筒治水方法。
二、技术方案 目前井筒常用的治水方法为注浆治水和冷冻治水，本成果以平顶山砂岩段（—322—422m）为例。
根据实测地质资料和井筒涌水情况，综合考虑水效果、成本和工期，决定采用工作面预注浆和壁厚注浆相结合的综合防治水方法，使十矿北二进风井安全通过平顶山砂岩段，通过测水，井筒综合涌水量2m3/h，达到设计要求，即节约了工期，又节省了费用。
1.注浆工艺。
注浆法（grouting method）是将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙中，以改善其物理力学性质的方法。
注浆的目的是防?B、堵漏、加固和纠正建筑物偏斜。
目前主要的注浆工艺有：填充注浆、渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆。
注浆材料有粒状浆材和化学浆材，粒状浆材主要是水泥浆，化学浆材包括硅酸盐（水玻璃）和高分子浆材。
压密注浆是利用较高的压力灌入浓度较大的水泥浆或化学浆液，注浆开始时浆液总是先充填较大的空隙，然后在较大的压力下渗入土体孔隙。
随着土层孔隙水压力升高挤压土体，直至出现剪切裂缝，产生劈裂，浆液随之充填裂缝，形成浆脉，使得土体内形成新的网状骨架结构。
浆脉在形成过程中由于占据了土体中一部分空间，加上土层内孔隙被浆液所渗透，从而将土体挤密，构成了新的浆脉复合地基，改善了土体的强度和防渗性能，同时也改变了土体物理力学性质，提高了软土地基的承载力。
水泥注浆法适用于砂砾层和岩石裂隙灌浆。
一般使用普通硅酸盐水泥，水灰比采用1比1，可掺入2%～5%水玻璃作速凝剂。
对渗透系数小于10.4cm/s的粉细砂和粘性土，可采用劈裂注浆。
劈裂注浆所用水泥浆的稠度较大，水灰比为0.45～0.60。
注浆采用花管法和单向阀管法。
注浆的最大压力一般大于4 MPa。
注浆压力、力、加固半径等注浆参数，可根据地质情况、工程要求，通过现场试验确定。
注浆孔在平面上一般按等边三角形或矩形布置。
湿陷性黄土加固半径一般为0.5～0.7m，加固深度一般为3～8m。
根据地质条件，十矿三水平北二进风井在进入含水层时，提前进行工作面预注浆，含水层采用打止浆垫进行工作面预注浆。
2.冷冻工艺。
冻结法施工的基本原理为利用土体冻结后其强度、稳定性以及隔水能力大大优于天然土的性质。
在岩土工程开挖之前，在开挖的工程周围，钻造钻孔（冻结孔），利用人工制冷技术，通过冷冻孔对地层进行制冷，形成一个封闭的冻土结构，隔绝地下水的联系，同时抗抵周围岩土的压力，确保工程开挖的安全。
冷冻法施工的工艺原理是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。
它是土层的物理加固方法，是一种临时加固技术，当工程需要时冻土可具有岩石般的强度，如不需要加固强度时，又可采取强制解冻技术使其融化。
岩土工程冻结制冷技术通常是利用物质由液态变为气态，即气化过程的吸热现象来完成的。
其制冷系统多以氨作为制冷工质。
使氨由液态变成气态，由气态又变为液态，如此循环进行，整个制冷系统由三大循环构成：氨循环系统、盐水循环系统、冷却水循环系统。
这种制冷系统可获得—35℃左右的低温盐水。
它是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕――冻结壁，用于抵抗地压、水压，隔绝地下水与井筒之间的联系。
而后，在其保护下进行掘砌施工。
为形成冻结壁，首先在欲开挖井筒的周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器。
低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层之热量，形成冻结圆柱。
冻结圆柱逐渐扩大并连接成封闭的冻结壁，直至达到其设计厚度和强度为止。
然后在其保护下进行掘砌施工，以便安全穿过含水地层。
注浆治水费用：凿井通过平顶山砂岩段（—322m到—422m），注浆集中在6～9月份，累计施工59天16小时，累计孔深7275m。
6月份注浆费用为224.3万元（平顶山砂岩段注浆费用为112万元），7月份注浆费用为126万元，8月份注浆费用为216.7万元，9月份注浆费用费274.2万元。
共计728.9万元。
凿井费用：平顶山砂岩段（—322m到—422m），凿井从6月25日至10月13日，6月25日～6月30日共施工10米，本月过平顶山砂岩段费用（25～30日）为1788027.12/30*5+488，590.42/25*10=493484元。
8月份共施工30m，本月凿井费用1381523.27+403，855.47=1785378元。
9月份共施工15m，本月凿井费用1486398.98+604，791.49=2091190元。
10月1日～10月13日共施工20m，本月?井费用1317081.82/31*13+ 440，578.83/45*20=748137元。
凿井通过平顶山砂岩段从2013年6月25日施工至10月13日，共施工100m，凿井费用=493484+2245481+1785378+2091190+748137=736.367万元。
施工总费用736.367+729.9=1466.267万元。
延米=1466.267/100=14.66万元。
总结：十矿北二进风井通过平顶山砂岩段累计工期110天，其中注浆59天16小时，费用1466.267万元，其中729.9万元注浆费用，736.367万元凿井费用。
冷冻治水费用：根据八矿二井冻结工期，冻结深度453m，造孔、建立冷冻站泥浆泵站、泥浆池93天，盐水沟槽及安装7天，开机至开挖60天，维护冻结期195天，在维护冻结期施工30天后可同时进行凿井施工，及冷冻前期准备工作总工期=93+7+60+30=190天。
参照八矿二井（冷冻法施工），按井筒深度492m计算，冻结段井筒施工费用3956万元（含壁间注浆费用），平均8.04万元/m。
凿井费用：井筒共施工8个月，每月凿井费用分别为第一个月施工60m，凿井费用450万元；第二个月施工120m，费用825万元；第三个月施工90m，费用675万元；第四个月施工40m，费用300万元；第五个月施工32m，费用243万元；第六个月施工57m，费用620万元；第七个月施工44m，费用330万元；第八个月施工49m，费用480万元。
八矿北二风井井深492m，工期240天，前期冷冻准备工作190天，共430天，费用7879万，其中冷冻费用3956万元，凿井费用3923万元，延米费用=7879/492=16.01万元。
即注浆法凿井比冷冻法凿井过平顶山砂岩段节约工期130天8小时，延米节约费用1.35万元。
（作者单位：中国平煤神马集团技术中心）。