浅谈冻结法与钻井法凿井

科技信息

工程技术

浅谈冻结法与钻井法凿井

中国矿业大学(徐州)力学与建筑工程学院

贾澎波

王娟

李文涛

[摘要]本文介绍了深厚表土层凿井中常用的两种特殊施工方法,即冻结法和钻井法,并分析了两种方法在施工原理、设备、技术特

点上的不同。[关键词]立井井筒冻结法钻井法制冷设备钻进设备

1.冻结法与钻井法凿井介绍

立井井筒工程是矿井建设的关键工程。我国立井井筒的主要特点是井筒深度大、断面积大、表土层厚、水文地质条件复杂,导致其施工难

施工技术复杂、施工周期长。立井井筒表土段施工方法是由表土度大、

层的地质及水文条件决定的。立井井筒穿过的表土层,按其掘砌施工的难易程度分为稳定表土层和不稳定表土层。在不稳定表土层中施工立井井筒,用普通的施工方法是不可以通过其表土层的,必须采用特殊的施工方法,如冻结法、钻井法、沉井法、注浆法和帷幕法等。我国目前主要以冻结法和钻井法为主。

冻结法凿井就是在井筒掘进之前,在井筒周围钻冻结孔,用人工制冷的方法将井筒周围的不稳定表土层和风化岩层冻结成一个封闭的冻结圈。以防止水或流砂涌入井筒抵抗地压,然后在冻结圈的保护下掘砌井筒。待掘砌到预计的深度后,停止冻结,进行拔管和充填工作。钻井法是用钻头刀具破碎岩石,用洗井液进行洗井排渣和护壁,直到将井筒钻到设计直径和深度后,进行支护的机械化凿井方法。

2.主要施工设备工作原理分析2.1冻结法人工制冷设备

形成冻结壁和井筒掘砌三大工序。首先冻结法凿井分为钻冻结孔、

在未开凿的井筒周围打一定数量的冻结孔,其深度穿过不稳定岩层进入稳定岩层,在孔内安装冻结器。

形成冻结壁是冻结法凿井的中心环节,是岩层冷冻的结果。人工制冷是通过冻结站的氨循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统来实现

通常使用氨作为制冷剂。利用氨由液态变为气态吸热的原理达到制的。

冷。液态氨吸收蒸发器周围盐水的热量,变为饱和气态氨,经压缩器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

地温的液态氨,回到蒸发器中重新汽化,氨,经调节阀降压后成为低压、

构成氨的循环系统。

2.2钻井法凿井主要钻井设备

钻井法凿井的钻井设备主要为钻井机,钻井机由多套设备组成,各设备的构造由钻井工艺确定,按设备所起作用不同分为以下几个系统:

钻具系统设备。包括钻头和钻杆,它们的主要功用是使钻头在旋转中破碎工作面的岩石。

旋转系统设备。包括转盘及传动装置、方钻杆。它们的功用是,电动机或液压马达驱动转盘产生旋转扭矩并经方钻杆传给钻杆和钻头,使钻头旋转。

提吊系统设备。包括钻塔、绞车、复滑轮组、大沟。主要用于提升和下放钻具。正常钻进时,提吊钻具、控制钻压并调节给进速度;砌井时,提吊下方井壁。

洗井系统设备。洗井系统设备主要有水龙头、压气排液器、排浆管和排浆槽,在地面还有沉淀净化、清除岩渣和空气压缩机等辅助设备。它们的功用是产生洗井液循环的动力,造成洗井液的循环;使洗井液及时清除钻头破碎的岩渣,避免刀具重复破碎岩渣,提高钻井速度和效率;对刀具进行冲洗和冷却。

辅助设备。包括钻台车、封口平车、龙门吊车和气动卡瓦等。3.施工技术对比3.1冻结法施工特点

钻孔的施工、井筒冻冻结法施工其主要的技术包括冷冻站的安装、一层相比,包裹两层CFRP布对试件混凝土峰值压(上接第324页)

应力再次提高幅度已经有所降低;较包裹两层CFRP布,包裹三层

从图1的对CFRP对试件混凝土峰值压应力提高的幅度已经增加不多。

比中可以看出,试件混凝土的极限压应变随CFRP布包裹层数增加而有较大提高;对于包裹两层CFRP布试件的曲线,下降段已经更加比较平缓;对于包裹两层CFRP布试件的曲线,基本上已经没有明显的下降段。说明试件破坏前,在承载力没有明显降低的前提下已经有了较大的变形,具有很好的延性。

包裹CFRP层数相同的情况下,随着轴压比的增大,混凝土的峰值压应力提高幅度逐渐降低,由表1中数值知道,在轴压比为0.8时,包裹三层CFRP对混凝土峰值压应力提高幅度也只有20%,尚不及未预压试件包裹一层CFRP布时提高的幅度大。由此可知,CFRP布的约束对于高轴压比构件轴向承载力的提高能力有限。

结、井筒掘砌,在复杂和特殊地层施工中具有很大的优越性:

易控制。可根据不同地质条件、环境及场地条件(1)支护结构灵活、

灵活布置冻结孔、调节冷媒水的温度,从而获得高质量的冻土帷幕,特殊情况下还可以采用液氮进行快速抢险,与盐溶液人工冻结法相比,液氮人工冻结法具有温度低、冻结速度快、冻结强度高、无污染等优点。同时可通过地温监测指导施工,符合现代信息化施工的要求。

(2)适应性强。它适应于各种复杂地质及水文地质条件下的任何含

平面尺寸和深度的影响。水地层的土层加固,并且基本不受基坑形式、

(3)隔水性好。它本身就是地下水的控制系统,防渗性能是其它施工方法无法相比的。

(4)对环境影响小。它充分利用土体自身的特点,材料是土体本身,对地下水及周围环境无污染,冻结壁解冻后,冻结管可回收,地下土层恢复原状,对地下工程较为有利。

(5)缺点是存在钻机性能跟不上要求、制冷系统跟不上要求、冻结壁

井壁结构设计不合理等问题,导致产生断管等重大事故。强度不够、

3.2钻井法施工特点

泥浆洗井护壁、下沉预钻井法施工主要工艺过程包括井筒的钻进、

制井壁和壁后注浆固井等。

(1)钻井法实现地面作业或远距离控制操作,彻底改变了普通凿井法打眼放炮的井下作业方式,从根本上改善了凿井工人的劳动条件和安全条件。

(2)施工机械化。钻井法均实现了凿井工艺综合机械化和部分工艺自动化,使凿井工人从繁重的体力劳动中解脱出来。由于钻井速度快,劳动生产率高,降低了工程成本,建井投资费用比普通凿井法低15% ̄40%。

(3)立井建井法采用地面预制钢筋混凝土井壁,井壁强度高,质量好、减少了井筒的维护和排水费用。

(4)钻井法不但能钻凿不稳定的松软岩层,而且能钻凿稳定的硬岩层。可以钻凿立井、斜井,也可以钻凿地下的垂直、倾斜巷道。

(5)在钻井法施工中也存在一些问题,例如成井偏斜率大,生钻头、刀盘、滚刀、吸收器及风管等物意外掉落井内,在不稳定地层中、松散的流沙及砂砾层中易出现塌帮。

4.结论

通过对两种特殊凿井法的比较可知,两种凿井法各有利弊,实践中要结合各地层的具体情况,合理地使用两种凿井法。冻结法施工不受井筒直径和深度的限制,在深厚表土层中建凿井筒时得到广泛应用,同时还应用到建设斜井、水利工程、地下铁道、过江隧道等工程。钻井法在高

大桥墩桩、高架公路基墩工程中也有广泛应用。层建筑桩基础、

参考文献

[1]王建平,靖洪文,刘志强.矿山建设工程[M].中国矿业大学出版社,2007.

[2]汪正云.钻井法与冻结法凿井技术对比研究[J].山东煤炭科技,2008,(4).

[3]赵士弘,马芝文.特殊凿井[M].中国矿业大学出版社,1993.[4]刘斌.地下工程特殊施工[M].冶金工业出版社,1994.

参考文献[1]卓尚木,季直仓.钢筋混凝土结构事故分析与加固[M].中国工业建筑出版社,1997.

[2]梁坦.建筑物可靠性鉴定与加固改造的发展[D].四川建筑科学研究,1994.

[3]范锡盛,曹薇,岳清瑞.建筑物改造和维修加固新技术[M].中国建筑工业出版社,1999.

[4]Mays,G.C.,Bames,R.A.TheStructuralEffeetivenessofLargeVoIumePatehRePairstoConeretestruetures[J].InstituteCivilEngineersStructures&Buildings,1995(110):351-360.

[5]FeIt,E.J.ResurfacingandpatehingConeretePavementwithBond-edConcrete[J].proeeedingofHighwayResarchBoard,1956:444-479.

—325—

你可能喜欢

  • 冻结法施工
  • 冻结技术
  • 井巷特殊施工
  • 冻结凿井
  • 学科前沿
  • 研究生复试英语自我介绍
  • 技术研究

浅谈冻结法与钻井法凿井相关文档

最新文档

返回顶部