2.1 冻结法施工井筒(表土)
2018一建《矿业工程》教材：立井井筒表土施工
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lG416020 立井井筒表土施工lG416021 立井井筒表土施工方法的类型及其应用在立井井筒施工中，覆盖于基岩之上的第四纪冲积层和岩石风化带统称为表士层。
工程中按表土稳定性将其分成两大类:稳定表土层主要包括含非饱和水的结土层、含少量水的砂质教土层，无水的大孔性土层和含水量不大的砾(卵)石层等;不稳定表土层包括含水砂土、淤泥层、含饱和水的黠土、浸水的大孔性土层、膨胀士和华东地区的红色却土层等。
根据表土的性质及其所采用的施工措施，井筒表土施工方法可分为普通施工法和特殊施工法两大类。
对于稳定表土层一般采用普通施工法，而对于不稳定表土层可采用特殊施工法或普通与特殊相结合的综合施工方法。
一、井筒表土普通法施工(一)井圈背板普通施工法井圈背板普通施工法是采用人工或抓岩机(土硬时可放小炮)出土，下掘一小段后(空帮距根据土层的稳定性来确定，一般不超过1. 2m) ，即用井圈、背板进行临时支护，掘进一长段后(一般不超过30m) ，再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。
如此周而复始，直至基岩。
这种方法适用于较稳定的土层。
(二)吊挂井壁施工法学尔森教育—大建工领域专业的一站式职业教育机构吊挂井壁施工法是适用于稳定性较差的土层中的一种短段掘砌施工方法。
立井井筒表土施工培训教案
立井井筒表土施工培训教案2.井筒冻结井筒周围的冻结圈，是由冷冻站制出的低温盐水在沿冻结管流动过程中，不断吸收孔壁周围岩土层的热量，使岩土逐渐冷却冻结而成。
盐水起传递冷量的作用，称为冷媒剂。
盐水的冷量是利用液态氨气化时吸收盐水的热量而制取的，所以氨叫做制冷剂。
被压缩的氨由过热蒸气状态变成液态过程中，其热量又被冷却水带走。
可见，整个制冷设备包括氨循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统三部分。
（1）氨循环系统气态氨在压缩机中被压缩到0.8～l.2MPa，温度升高到80~120℃，处于过热蒸气状态。
高温高压的氨气经管路进入氨油分离器，除去从压缩机中带来的油脂后进入冷凝器，在16～20℃冷却水的淋洗下被冷却到20～25℃而变成液态氨（多余液态氨流入贮氨器贮存，不足时由贮氨器补充）。
液态氨经过调节阀使压力降到0.155MPa左右，温度相应降低到蒸发温度-25～-35℃。
液态氨进入蒸发器中后便全面蒸发，大量吸收周围盐水的热量，使盐水降温。
蒸发后的氨进入氨液分离器进行分离，使未蒸发的液态氨再流入蒸发器继续蒸发，而气态氨则回到压缩机中重新被压缩。
（2）盐水循环系统在设有蒸发器的盐水箱中，被制冷剂氨冷却到-20～-25℃以下的低温盐水，用盐水泵输送到配液管和各冻结管内。
盐水在冻结孔内沿供液管流至孔底，然后沿冻结管徐徐上升，吸收周围岩土层的热量后经集液管返回盐水箱，这种盐水流动循环方式叫做正循环方式，其冻结壁厚度上下比较均勾，故常被采用。
还有一种反循环方式，盐水由原回液管进入冻结管缓缓下流，然后从原供液管返回集液管。
反循环方式可加快含水层上部冻结壁的形成。
（3）冷却水循环系统用水泵将贮水池或地下水源井的冷却水压入冷凝器中，吸收了过热氨气的热量后从冷凝器排出，水温升高5～10℃。
若水源不足，排出的水经自然冷却后可循环使用。
3.冻结方案井筒冻结方案有一次冻全深、局部冻结、差异冻结和分期冻结等几种。
一次冻全深方案的适应性强，应用比较广泛。
井筒冻结相关知识
第一章术语、符号1.1冻结法凿井在井筒开凿之前，用人工制冷的方法，将井筒周围含水松散不稳定的冲积层、基岩含水层进行地层冻结，形成封闭的符合工程安全要求的起到临时保护作用的冻结壁，然后在冻结壁的保护下进行井筒掘砌工作的一种方法。
1.2冲积层覆盖于基岩露头之上的第三系、第四系地层。
1.3冻结壁用人工制冷的方法在井筒围岩中所形成的具有一定厚度和强度的冻土墙。
又称冻土帷幕。
1.4冻结壁交圈时间从地层冻结开始至井筒周围所有的冻结器单独形成的冻土圆柱均相交连接成筒形的冻结壁所需的时间。
1.5积极冻结期从地层开始冻结至井筒周围所有冻土圆柱相交、连接，且形成达到设计厚度、强度冻结壁所需的时间。
1.6维护冻结为了在井掘砌工程完工前，维护冻结壁的厚度和强度仍要继续供给一部分冷量，直至井筒掘砌工程结束，维护冻结终止，冻结壁自然融化。
1.7人工冻土用人工制冷的方法使含水松散不稳定的地层降温，达到一定的负温度，具有一定强度的冻土。
1.8冻结站在井筒附近集中设置制冷设备和设施的建筑场所，其中主要有氨制冷循环系统、盐水循环系统、冷却水循环系统及供电系统。
1.9防水性（？）井壁结构形式一般有单层、双层、双层混凝土塑料夹层复合井壁，永久井壁漏水量应不得大于0.5m3/h, 并不得有集中喷水和含砂的水孔。
1.10双层井壁由外层井壁和内层井壁纸盒而成，外层井壁由上而下随井筒短段掘砌冻结段底部，其厚度和强度应能承受井壁外层井壁施工结束后，由下而上连续一次浇筑至井口，其厚度和强度应能承受静水压或有负摩擦力的作用。
内外层井壁材料，我国采用钢筋混凝土和混凝土。
1.11双层混凝土塑料夹层复合井壁在双层混凝土井壁的内外井壁之间铺设一层或两层厚1.5mm聚乙烯塑料板而成，设置塑料板后，制止了内层井壁的温度裂缝，井壁防水性能好。
第二章勘察要求2.1井筒检查钻孔2.1.1编制立井井筒冻结法凿井施工组织设计时，必须有该井筒的“井筒检查孔地质报告”。
井筒检查钻孔执行《矿山井巷工程施工及验收规范》《GBJ213-90》中的有关规定。
浅谈冻结法与钻井法凿井
浅谈冻结法与钻井法凿井论文导读：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。
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。
2主要施工设备工作原理分析2.1冻结法人工制冷设备冻结法凿井分为钻冻结孔、形成冻结壁和井筒掘砌三大工序。
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，导致其施工难度大、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冻结法凿井分为钻冻结孔、形成冻结壁和井筒掘砌三大工序。
首先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的。
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冷。
冻结法井筒施工顺序
冻结法井筒施工顺序主要包括以下步骤：
施工准备阶段：包括冻结站安装、冻结管路连接、冻结系统调试等。
冻结阶段：开始冻结，形成人工冻土帷幕，一般分积极冻结和消极冻结。
融沉注浆阶段：当井筒掘进到冻结壁交圈并基本趋于稳定时，可对井筒外壁采用单液水泥浆封水，停止冻结后人工进行注浆，以达到堵住透水点的目的。
井筒掘砌作业：在冻结壁达到设计厚度后，即可进行井筒掘砌作业，直到顺利穿过不稳定地层为止。
拆除冷冻站，拔出冻结管，充填冻结孔，冻结壁自然解冻，恢复地层初始状态。
此外，还需要注意井口安装和提升系统安装。
具体施工顺序可能根据实际情况有所调整，建议查阅相关工程案例以获取具体信息。
立井井筒表土施工方法的类型及其应用
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
立井井筒表土施工方法的类型及其应用
井筒表土施工方法可分为普通施工法和特殊施工法两大类。
对于稳定表土层一般采用普通施工法，而对于不稳定表土层可采用特殊施工法或普通与特殊相结合的综合施工方法。
一、井筒表土普通法施工
（一）井圈背板普通施工法
井圈背板普通施工法是采用人工或抓岩机(土硬时可放小炮)出土，下掘一小段后(空帮距根据土层的稳定性来确定，一般不超过1.2m)，即用井圈、背板进行临时支护，掘进一长段后(一般不超过30m)，再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。
这种方法适用于较稳定的土层。
（二）吊挂井壁施工法
吊挂井壁施工法是适用于稳定性较差的土层中的一种短段掘砌施工方法。
（三）板桩施工法
二、井筒表土特殊法施工
在不稳定的表土层和松软破碎的岩层中进行井筒和巷道的施工，通常采用特殊施工方法，这些方法包括冻结法、钻井法、沉井法、注浆法和帷幕法等。
（一）冻结法
在不稳定的含水土层或含水岩层中，在地下工程建设之前，用人工制冷的方法，将地下工程周围的含水岩、土层冻结，形成封闭的冻土结构物冻结壁，用以抵抗岩土压力，隔绝冻结壁内、外地下水的联系，然后在冻结壁的保护下进行地下工程的建设的特殊施工技术。
适用于含盐量不大、地下水流速较小的各种含水地层。
（二）钻井法。
井筒冻结法施工的常见问题及防治措施
井筒冻结法施工的常见问题及防治措施摘要：冻结法在井筒不稳定表土层的施工中得到了广泛的应用，同时，随着社会经济的不断发展，人口的不断增长和空间的相对缩小，开发地下空间己经成为人类扩大生存空间的重要手段和发展趋势，目前，在其他地下工程的施工中，冻结法也得到了大量的使用。
但随着掘进技术的不断发展和作业深度的不断增加冻结法施工的一些技术缺陷也逐渐暴露出来,给提高井筒建设质量带来了不少困难,必须应引起建设者们的高度重视。
本文分析了当前冻结法施工中较为常见问题,并针对其产生原因,提出相应的防治措施。
关键词：井筒冻结法；常见问题；防治措施由于我国地层条件比较复杂，在一些地区井筒建设无法采用普通凿井法凿井，需要采用冻结法、沉降法和盾构法等特殊凿井技术进行建设；当建设井筒地层为不稳定厚表土层时，采用的施工方法主要以冻结法为主；并且煤矿向深部开采延伸，其井筒往往要穿过特殊地层，如过含水丰富或碎破的基岩，都要采用冻结法施工；因此，冻结法施工是广泛采用行之有效的技术方法之一。
以某矿为例，在建井时期，由于井检孔资料涌水量情况测定不准确，井筒下部涌水量较小，故上部井筒施工采用冻结法，下部采用普通法凿井，当井筒掘砌至下部时，井下涌水量较大，无法继续进行掘砌，只能再次使用冻结法冻结，随后进行施工。
1、井筒冻结法的概述所谓的冻结法是指在地下工程施工之前，采用人工技术制冷，将地下工程周围的含水或者含有松散碎石岩层冻结，形成冻土结构物、冻结壁，用来承受来自地层中压力和隔绝砂子和地下水涌入，然后在形成冻土结构中进行开挖、支护的特殊施工方法称为人工冻结法（简称冻结法）。
一般岩土工程冻结法通常是以氨为制冷工质,通过其气化过程吸收热量的物理现象实现冻结井筒周围含水松散、不稳定的冲积层及基岩含水层的目的,以形成达到工程安全标准的冻结壁,并在其临时保护作用下进行掘砌作业的施工方法,其关键工艺分为冻结孔设计及处理、冻结过程和掘砌作业等部分。
由于冻结法具有支护结构灵活、适应性强、可控性高、隔水性好等优点,因此广泛应用于不稳定表土层的井筒施工中,但随着掘进技术的不断发展和作业深度的不断增加,地下空间的不确定性也使该方法的技术缺陷逐渐暴露了出来。
2023年-2024年一级建造师之一建矿业工程实务真题精选附答案
2023年-2024年一级建造师之一建矿业工程实务真题精选附答案单选题（共45题）1、采用冻结法施工，井筒的开挖时间要选择适时，当（）时最为理想。
A.冻结壁尚未形成B.冻结壁即将形成C.冻结壁已形成而但尚未冻入井筒内D.井筒内已全部冻结并有强度【答案】 C2、立井井筒施工中，用于提升及悬吊掘进设备的专用设备是( )。
A.吊盘B.钢丝绳C.天轮D.凿井井架【答案】 D3、巷道施工应采用一次成巷，只有特殊情况才允许采用分次成巷。
允许采用分次成巷的巷道是（）。
A.井底车场B.防水闸门C.防火闸门D.急需贯通的通风巷道【答案】 D4、对岩土进行注浆是为了使岩土可以( )，以实现安全施工的目的。
A.减少渗透性，提高稳定性B.减少稳定性，提高渗透性C.减少可碎性，提高抗爆性D.减少抗爆性，提高可碎性【答案】 A5、钢筋混凝土构件的主要钢筋通常应布置在构件的( )。
A.受拉部位B.受压部位C.中部D.上部【答案】 A6、采用伞钻打眼时，吊盘上应留有宽（）提升伞钻钢丝绳的移位孔。
A.80mmB.90mmC.100mmD.110mm【答案】 C7、施工控制网的精度一般和（）无关。
A.建筑物的性质B.建筑结构形式C.建筑材料的种类D.建筑物大小【答案】 D8、某立井井筒净直径为6．5m，深度为750m，其中表土段深度为550m，则该井筒表土段应当采用( )施工，才能确保井筒的施工安全，并获得可靠的进度指标。
A.井圈背板普通法B.吊挂井壁法C.板桩法D.冻结法【答案】 D9、机械开挖土方时，基底标高以上预留20～30cm土，由人工挖掘修整的目的是（）。
A.防止对地基土的扰动B.减少机械费用C.保证施工安全D.保持基底充分平整【答案】 A10、井壁下沉时，井壁上沿应高出泥浆浆面1.5m以上，同时要及时排除泥浆，以免泥浆外溢和沉淀。
为了防止片帮，泥浆面不得低于锁口以下（）A.0.5mB.0.7mC.0.8mD.1.0m【答案】 D11、不宜收录在工程施工组织管理技术档案中的资料是（）。
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冻结方案
一般采用单圈管冻结方案，即只在井筒周围布置一圈冻
结管
➢ 当表土厚，要求冻结壁厚、平均温度低时可采用双圈
管冻结，即在井筒周围布置两圈冻结管
➢ 为加速上部冻结，尽早开挖，可采用上粗下细异径管
冻结，上部冻结管吸热面积大，冻结快，下部管吸热面
积小，冻结慢。
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长短管（差异）冻结方案
长短管冻结，又称“差异冻结”——指冻结管的深度不同，长 短管交错布置于一圈上，一次冻结形成冻结壁的冻结方式。
此方案主要用于同时冻结冲积层和含水基岩的情况。长管超出 短管深度的部分主要任务是冻结基岩、封堵地下水，而上部分 则与短管共同形成承受水土压力的冻结壁。
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分段（分期）冻结方案
当冻结深度较大，且水文、工程地质条件比较 适宜时，可将整个冻结深度自上而下分为数段， 分段冻结形成冻结壁。这一方案的冻结管布置方 式与一次冻全深相同，只是采用不同结构的冻结 器来实现分段冻结的目的。
2 立井表土冻结法施工
概述： 120年，含水、软弱、不稳定地层矿山立井建设的成熟技术
国外：
最大冻深(m)
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
930 915 860
638 634
620
650
550 531
英国 美国 波兰 比利时 加拿大 前苏联 法国 德国 中国
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盐水体积
V=V1+V2+V3 V1－盐水干管、配、集液圈总容积 V2－冻结管总容积 V3－盐水箱总容积
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固体氯化钙用量
G＝ρV a /b ρ－盐水密度 V－盐水体积 a －单位质量盐水中氯化钙的含量 b －固体氯化钙的纯度，
16）至蒸发器（2）——形成盐水
循环
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3
低温盐水在冻结器中流动，吸收 周围地层热量，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。 通常将冻结壁扩展到设计厚度所 需的时间称为积极冻结期，将维 护冻结壁的期间称作消极（或维 护）冻结期。
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4
吸收了地层热量的盐水，在盐水 箱内将热量传递给蒸发器中的液 氨，使液氨变为饱和蒸气氨，再 被氨压缩机（4）压缩成过热蒸 气进入冷凝器（7）冷却，将地 层和压缩机产生的热量传递给冷 却水，最后将这些热量传给大气 。
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1
中国：
1955年 开滦 470个井筒，总延米70km 含水、不稳定冲积层90%采用冻结法 冻结深度650米，穿越冲积层厚度为567.7米 井筒直径8.0米 英国的博尔比钾盐矿是世界上人工地层冻结深度最大的，达 930 m，但其冻结地层仅为645－930 m的局部含水不稳定岩层， 而非表土层；在煤矿建井中冻结深度最深的是波兰卢布林矿1号 井副井，达725 m，其表土层厚度为420 m。
－融土和冻土的导热系数
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16
井筒冻结时间
T＝η Ed /v
式中：T－冻结时间，d
η－冻结壁向井心内的扩散系数，0.55～0.6
Ed－冻结壁设计厚度，mm v－向井筒中心的平均扩展速度，mm/d
经验值：砾石层v=35~45mm/d
砂层 v=20~25mm/d
粘土层v=10~15mm/d
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2
设计原理
冻结法凿井利用氨循环制冷系统。
为形成能抵抗地压、隔绝地下水的
冻结壁，首先在欲开挖井筒周围钻
进一定数量冻结孔，安设冻结器。
冻结站制出的-25~-35℃低温盐水，
经去路盐水干管（12）、配液圈（
13）到供液管底部、沿冻结管和供
液管之间的环形空间上升到回液管
、集液圈（15）、回路盐水干管（
分期冻结冻结器
1配液圈 2 集液圈 3 阀门 4 冻结管 5、6 供、回液管
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局部冻结方案
当只有局部地层需要冻结时，可采用局部冻结方案。
(a)
(a)
(b)
(c)
(d)
局部冻结冻结器
(a) 隔板 (b) 压气隔离 (b) (c) 盐水隔离 (d) 上下冻结
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11
冻结深度
冻结深度应穿过风化带延深至稳定的基岩10m以上。 基岩段涌水较大时，应加深冻结深度
第一次充氨量
G＝KQ0A 式中：Q0－冷冻站实际制冷能力，kw
K－充氨损失系数，K＝1.1 A－每1 kw制冷能力的需氨量，A＝1.7－2.6kg 正常运行，每月需补充总氨量的2.5－10％
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盐水流量
Q＝Q0/ρcΔt 式中：Q0－冷冻站实际制冷能力，kw
ρ－盐水密度，ρ＝1250－1270kg/m3 c －盐水比热，c＝2.73 Δt－去、回路盐水温差
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5
施工过程
冻结法凿井主要工艺过程包括：
—— 冷冻站安装
—— 钻孔施工
—— 井术：
冻结壁、井壁、冻结孔钻进
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6
冻结方案 针对不同水文、地质和工程条件，采用不同冻结方 案，以达到最佳经济效益。实际工程常用冻结方案 有： 一次冻全深 ➢ 所有冻结孔的深度与最大冻结深度一致，并且全 深一次冻结形成冻结壁的冻结方式。包括单圈管、 双圈管和异径管。
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冻结管的吸热率----单位时间、单位面积冻结管内的盐水带走的
热量
q
1
r0
t0 tc
ln
r0
lnR
2 r0 1
q－冻结管吸热率，w/m2;
t0－地层初始温度；tc－盐水温度
－冻结管内换热系数，70-128w/m2k
r0－冻结管半径，m；R－冻结影响半径，m 12 －冻结圆柱扩展半径，m
冻结孔数目：N=π D0 ／L 式中：N ——冻结孔数目，个 D0 ——冻结孔圈径，m L ——冻结孔间距，1－1.3m
若计算结果为小数，则调整为整数后，再确定孔距
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14
冻结站实际制冷能力
Q0＝Kπd n H q 式中： Q0 ——冻结一个井筒的实际制冷能力，kw
K ——管路冷量损失系数，K＝1.1－1.25 d ——冻结管直径，m n ——冻结管数目，个 H ——冻结深度，m q ——冻结管的吸热率，q＝0.26－0.29kw/m2
----《煤矿安全规程》
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冻结孔的布置
圈径：D0=Dj+2(ηEd+eH)
式中D0 ——冻结孔单圈布置的圈径，m Dj ——冻结井筒掘进直径，m Ed ——冻结壁厚度，m η ——冻结壁内侧扩展系数，0.55—0.6 e ——冻结孔允许偏斜率，3‰ H ——冻结深度，m
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冻结孔的布置