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摘要：淮南某矿主井井筒采用冻结凿井以及壁后注浆施工方法，通过对主井冻结壁形成以及融化温度进行实时监测，分析冻结时间和融化时间的关系，并且对现场最佳注浆时间的选取提供依据。
关键词：冻结；温度；融化；注浆时间
Abstract: The method of Construction methods of the Main Shaft of HuaiNan’s a mine is that Freezing sinking and Grouting behind .Real-time monitoring by freeze wall formation and melting temperature of the main shaft .Analysis of relations to freeze time and melt time, and provide the basis for the selection of the best grouting time in the field.
Keywords: freezing ;temperature ;thawing ;grouting time
中圖分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着我国国民经济建设的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，对能源需求越来越大。目前，我国通过深厚表土地层的凿井方法主要有冻结法和钻井法。由于冻结法施工适应性广、在施工过程中后续手段多、施工速度快，因此，在工程中得到更多的应用。华东地区大部矿井建设表土段均采用冻结法施工，在冻结法施工中，对于许多井壁出水问题，采取基岩段地面预注浆封水措施，但是如何判断最佳选择壁后注浆时间多靠经验，缺乏相应的理论指导。本文通过对淮南某矿井的冻结壁温度场形成与融化的时间进行现场实测研究，与现场注浆时间进行对比分析研究[1~2]。
2 工程概况
淮南某矿采用立井开拓，在工矿内布置主、副、风、第二副井共四个井筒，表土段均采用冻结法施工。地面自然标高+21.600 m，井筒净直径7.6m，表土厚205.8m，井筒穿越土层性质主要为砂、砂质粘土。设计冻结壁厚度4.1m，冻结深度288m，测试选择在主井井筒，测试主要内容见下表。
表1：测温方位与测点深度分布
图1 主井冻结布置平面图
3 冻结壁温度场形成与融化过程实测
矿井主井冻结工程2008-7-23正式开机，2009-1-12停机，冻结总工期173天，截止09-8-26已经停冻226d。由于数据分析曲线过多，其中选取C1测温孔比较典型模型进行分析，如下图：
图2：-33m（细粉砂）地层温度实侧 图3：-123m（钙质粘土）地层温度实测
图4：-167m（粗砂）地层温度实测 图5：-197m（砂质粘土）地层温度实测
从地层温度曲线图我们可以发现，冻结壁温度场的形成以及融化过程规律近乎一致，均经历了两个阶段。
（1）冻结壁形成过程中，冻结初始阶段，即积极冻结期，该阶段各土层温度快速下降，随着时间推移，各测点土体温度呈现衰减型降低，并且其中砂土下降速率要大于粘土。随着冻结帷幕逐渐形成中，进入消极冻结期，各地层冻结温度逐渐达到平稳，不再出现迅速降温的情况。冻结壁形成过程中，对于地层温度实测数据和时间关系研究，可以用函数进行拟合，相关性系数＞0.98。
（2）在冷冻站停机至之后的60天左右，各层土体温度快速回升阶段，该阶段各土层温度依然呈衰减状态快速回升，冻结砂土的融化速度明显快于冻结粘土；停机60天之后至土层融化为平稳回升阶段，该阶段各土层温度平稳回升，速率较平缓，砂土与粘土二者温度回升速率相当。停机之后，冻结壁融化实测温度数据与时间关系曲线可以用进行拟合，相关性系数＞0.98[2~3]。
（3）对于现有监测数据的分析，冻结站开始运转，至冻结壁达到设计要求，冻结站停机，一共耗时173天；冻结站停机，到冻结壁大部分融化，一共耗时225天。得出冻结壁融化时间较冻结时间要长，解冻时间是冻结时间1.3倍。
4 注浆时间选择
注浆的关键在于如何判断井筒的最佳注浆时间。若注浆过早，壁间的水没有完全化冻，将会导致注浆不彻底；若注浆过迟，待冻结壁解冻，水量必然会增大，将会遇到注浆时间长，注浆难度大、吃浆量大以及注浆危险性大等一系列难点。主井井筒根据测井温度显示，井筒冻结段壁间已经解冻，解冻水从井壁涌出，基岩段也存在较多出水点，整个井筒井壁涌水量9.10m3/h，此时是对井壁进行注浆的最佳时间，遂决定对井筒井壁进行注浆堵水。主井井筒注浆情况的实时跟踪，得出不同注浆时间的选择会对注浆效果产生影响。
表2 淮南矿区某矿主井注浆时间及注浆效果
从表2可以看出主井井筒注浆效果较好，可见注浆时间的选择是冻结壁大部分已经融化，冻结壁的解冻时间时冻结时间的1.3倍，所以现场施工中防止井壁出水，可建议现场注浆时间选择为注浆距停机时间/冻结时间取1.3~1.6。
5 结论
（1）冻结壁形成过程中，温度和时间的变化规律可以通过函数拟合；冻结壁融化过程的温度和时间变化规律可以通过函数拟合相关性系数均大于0.988，拟合效果较好。
（2）在不同土层的冻结壁形成以及融化过程中，砂土层的冻结速率和融化速率都明显要大于粘土。
（3）冻结壁解冻温度到达0℃左右的时间是冻结壁形成时间的1.3倍，现场注浆时间距停机时间是冻结时间的1.56，效果理想。所以建议最佳注浆时间选择为注浆距停机时间是冻结时间的1.3~1.6倍。
参考文献
[1] 姜玉松，地下工程施工技术[M].武汉:武汉理工大学出版社，2008.(Jiang Yusong. The technology of underground construction[M].Wuhan:Wuhan University Press,2008.(in Chinese))
[2] 陈军浩，汪仁和. 多圈管冻结下冻结壁温度场融化特性的实测研究[J]. 中国煤炭,2009，(12)，48~50.(Chen Junhao,Wang Renhe. A research on frozen wall temperature field thawing characters under multi-coil tube freezing[J].China Coal,2009,(12),48~50. (in Chinese))
[3] 杜圣，汪仁和. 人工多圈管冻结模型试验规律研究[J] .中国煤炭. 2011，(7)，52~55.(Du
Sheng,Wang Renhe. Study on the law of artificial multi-cycle freezing pipes model test [J].China Coal,2011,(7),52~55. (in Chinese))
作者简介：刘磊（1986—），男，江苏盐城人，安徽理工大学土木建筑学院硕士研究生。
研究方向：桥梁与隧道工程。
关键词：冻结；温度；融化；注浆时间
Abstract: The method of Construction methods of the Main Shaft of HuaiNan’s a mine is that Freezing sinking and Grouting behind .Real-time monitoring by freeze wall formation and melting temperature of the main shaft .Analysis of relations to freeze time and melt time, and provide the basis for the selection of the best grouting time in the field.
Keywords: freezing ;temperature ;thawing ;grouting time
中圖分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着我国国民经济建设的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，对能源需求越来越大。目前，我国通过深厚表土地层的凿井方法主要有冻结法和钻井法。由于冻结法施工适应性广、在施工过程中后续手段多、施工速度快，因此，在工程中得到更多的应用。华东地区大部矿井建设表土段均采用冻结法施工，在冻结法施工中，对于许多井壁出水问题，采取基岩段地面预注浆封水措施，但是如何判断最佳选择壁后注浆时间多靠经验，缺乏相应的理论指导。本文通过对淮南某矿井的冻结壁温度场形成与融化的时间进行现场实测研究，与现场注浆时间进行对比分析研究[1~2]。
2 工程概况
淮南某矿采用立井开拓，在工矿内布置主、副、风、第二副井共四个井筒，表土段均采用冻结法施工。地面自然标高+21.600 m，井筒净直径7.6m，表土厚205.8m，井筒穿越土层性质主要为砂、砂质粘土。设计冻结壁厚度4.1m，冻结深度288m，测试选择在主井井筒，测试主要内容见下表。
表1：测温方位与测点深度分布
图1 主井冻结布置平面图
3 冻结壁温度场形成与融化过程实测
矿井主井冻结工程2008-7-23正式开机，2009-1-12停机，冻结总工期173天，截止09-8-26已经停冻226d。由于数据分析曲线过多，其中选取C1测温孔比较典型模型进行分析，如下图：
图2：-33m（细粉砂）地层温度实侧 图3：-123m（钙质粘土）地层温度实测
图4：-167m（粗砂）地层温度实测 图5：-197m（砂质粘土）地层温度实测
从地层温度曲线图我们可以发现，冻结壁温度场的形成以及融化过程规律近乎一致，均经历了两个阶段。
（1）冻结壁形成过程中，冻结初始阶段，即积极冻结期，该阶段各土层温度快速下降，随着时间推移，各测点土体温度呈现衰减型降低，并且其中砂土下降速率要大于粘土。随着冻结帷幕逐渐形成中，进入消极冻结期，各地层冻结温度逐渐达到平稳，不再出现迅速降温的情况。冻结壁形成过程中，对于地层温度实测数据和时间关系研究，可以用函数进行拟合，相关性系数＞0.98。
（2）在冷冻站停机至之后的60天左右，各层土体温度快速回升阶段，该阶段各土层温度依然呈衰减状态快速回升，冻结砂土的融化速度明显快于冻结粘土；停机60天之后至土层融化为平稳回升阶段，该阶段各土层温度平稳回升，速率较平缓，砂土与粘土二者温度回升速率相当。停机之后，冻结壁融化实测温度数据与时间关系曲线可以用进行拟合，相关性系数＞0.98[2~3]。
（3）对于现有监测数据的分析，冻结站开始运转，至冻结壁达到设计要求，冻结站停机，一共耗时173天；冻结站停机，到冻结壁大部分融化，一共耗时225天。得出冻结壁融化时间较冻结时间要长，解冻时间是冻结时间1.3倍。
4 注浆时间选择
注浆的关键在于如何判断井筒的最佳注浆时间。若注浆过早，壁间的水没有完全化冻，将会导致注浆不彻底；若注浆过迟，待冻结壁解冻，水量必然会增大，将会遇到注浆时间长，注浆难度大、吃浆量大以及注浆危险性大等一系列难点。主井井筒根据测井温度显示，井筒冻结段壁间已经解冻，解冻水从井壁涌出，基岩段也存在较多出水点，整个井筒井壁涌水量9.10m3/h，此时是对井壁进行注浆的最佳时间，遂决定对井筒井壁进行注浆堵水。主井井筒注浆情况的实时跟踪，得出不同注浆时间的选择会对注浆效果产生影响。
表2 淮南矿区某矿主井注浆时间及注浆效果
从表2可以看出主井井筒注浆效果较好，可见注浆时间的选择是冻结壁大部分已经融化，冻结壁的解冻时间时冻结时间的1.3倍，所以现场施工中防止井壁出水，可建议现场注浆时间选择为注浆距停机时间/冻结时间取1.3~1.6。
5 结论
（1）冻结壁形成过程中，温度和时间的变化规律可以通过函数拟合；冻结壁融化过程的温度和时间变化规律可以通过函数拟合相关性系数均大于0.988，拟合效果较好。
（2）在不同土层的冻结壁形成以及融化过程中，砂土层的冻结速率和融化速率都明显要大于粘土。
（3）冻结壁解冻温度到达0℃左右的时间是冻结壁形成时间的1.3倍，现场注浆时间距停机时间是冻结时间的1.56，效果理想。所以建议最佳注浆时间选择为注浆距停机时间是冻结时间的1.3~1.6倍。
参考文献
[1] 姜玉松，地下工程施工技术[M].武汉:武汉理工大学出版社，2008.(Jiang Yusong. The technology of underground construction[M].Wuhan:Wuhan University Press,2008.(in Chinese))
[2] 陈军浩，汪仁和. 多圈管冻结下冻结壁温度场融化特性的实测研究[J]. 中国煤炭,2009，(12)，48~50.(Chen Junhao,Wang Renhe. A research on frozen wall temperature field thawing characters under multi-coil tube freezing[J].China Coal,2009,(12),48~50. (in Chinese))
[3] 杜圣，汪仁和. 人工多圈管冻结模型试验规律研究[J] .中国煤炭. 2011，(7)，52~55.(Du
Sheng,Wang Renhe. Study on the law of artificial multi-cycle freezing pipes model test [J].China Coal,2011,(7),52~55. (in Chinese))
作者简介：刘磊（1986—），男，江苏盐城人，安徽理工大学土木建筑学院硕士研究生。
研究方向：桥梁与隧道工程。