豎井凍結(jié)法掘進(jìn)歷史與發(fā)展

1862年英國(guó)首先將人工制冷方法用于基礎(chǔ)工程。1883年法國(guó)用人工凍結(jié)法開鑿豎井。100多年來，比利時(shí)、荷蘭、英國(guó)、加拿大、前蘇聯(lián)、波蘭等國(guó)廣泛使用凍結(jié)法在各種地層掘砌井筒。英國(guó)的凍結(jié)深度已達(dá)930m。中國(guó)1955年開始采用凍結(jié)法鑿井技術(shù)，是世界上廣泛采用凍結(jié)法掘砌井筒的國(guó)家之一。80年代以來，凍結(jié)深度不斷增大，1984年建成了凍結(jié)深度達(dá)435m的井筒。取得了用凍結(jié)法在深厚膨脹性粘土層中掘砌井筒的經(jīng)驗(yàn)。80年代以后，中國(guó)以解決700m凍結(jié)深度的技術(shù)問題為目標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)深井凍結(jié)的凍結(jié)壁和永久井壁技術(shù)的研究，以提高凍結(jié)井筒的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

在擬掘進(jìn)井筒的周圍鉆若干凍結(jié)孔?？變?nèi)安設(shè)帶底錐的凍結(jié)器，地面冷凍站將制出的冷媒劑(-20~-30℃的氧化鈣鹽水溶液)循環(huán)輸送到凍結(jié)器內(nèi)。吸收凍結(jié)孔周圍地層的熱量并使含水地層形成以凍結(jié)孔為中心的凍結(jié)圓柱。圓柱逐漸擴(kuò)展并與相鄰的凍結(jié)圓柱相互連成封閉的凍結(jié)壁，在凍結(jié)壁達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后，在它保護(hù)下掘砌井筒，直到穿過所需凍結(jié)的含水地層為止，掘砌作業(yè)完成后，拔出凍結(jié)器。充填凍結(jié)孔，凍結(jié)壁自然解凍 。

凍結(jié)法施工方案有全深一次凍結(jié)、差異凍結(jié)、局部?jī)鼋Y(jié)、分期(段)凍結(jié)等4種。在井筒掘進(jìn)中，可根據(jù)具體情況選用。

豎井凍結(jié)法掘進(jìn)是指在井筒掘進(jìn)前，用人工制冷技術(shù)，暫時(shí)將井筒周圍的含水地層凍結(jié)成封閉的圓筒形凍結(jié)壁，以抵抗地壓井隔絕地下水與井筒的聯(lián)系，然后在其保護(hù)下進(jìn)行井筒掘砌作業(yè)的一種豎井特殊法掘進(jìn)。該法適用于松散的不穩(wěn)定的沖積層、裂隙性含水巖層、松軟泥巖、含水量和水壓特大的巖層。該法施工所需設(shè)備較多、工期長(zhǎng)、井下作業(yè)條件較差、成本較高，但它適用條件廣泛、施工安全可靠，是應(yīng)用最廣泛的特殊施工法 。

開展研究的工作有：

1.推廣鉆、測(cè)、糾綜合技術(shù)，確保凍結(jié)孔鉆直和鉆快。

2.對(duì)深井凍結(jié)方法、制冷設(shè)備和系統(tǒng)，以及超低溫技術(shù)的研究，改革凍結(jié)方案和改變凍結(jié)壁形狀。

3.對(duì)凍結(jié)壁穩(wěn)定性、凍結(jié)管斷裂、井壁與凍結(jié)壁兩者共同作用的設(shè)計(jì)方法、凍土流變性能和凍結(jié)壁三維強(qiáng)度問題的研究。

4.改進(jìn)永久井壁結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法，研究解決深井井壁厚度過大的問題以及成井?dāng)?shù)年后發(fā)生井壁破壞的問題 。2100433B

1880年德國(guó)人彼茨奇在制冷技術(shù)的基礎(chǔ)上。提出用凍結(jié)方法加固井筒圍巖后再進(jìn)行井筒掘進(jìn)的施王方法，并于1883年實(shí)驗(yàn)成功，獲得了“流砂通過一定時(shí)間的人工凍結(jié)，能固結(jié)成巖體”的發(fā)明專利。1884年他創(chuàng)建了凍結(jié)鑿井公司，1886年在鉀鹽礦成功地用凍結(jié)法開鑿一條80m深的豎井。

波蘭于1885年開始采用凍結(jié)法鑿井，至20世紀(jì)90年代。凍結(jié)深度達(dá)725m。英國(guó)用凍結(jié)法鑿井始于1909年，1969年創(chuàng)世界紀(jì)錄的最大凍結(jié)深度達(dá)930m。前蘇聯(lián)是采用凍結(jié)法鑿井規(guī)模最大的國(guó)家，從1928年到1982年已完成740條井筒。中國(guó)于155年使用凍結(jié)鑿井技術(shù)，到80年代末己開鑿300余條井筒，凍結(jié)最大深度達(dá)435m。

豎井掘進(jìn)設(shè)備包括鑿巖、裝巖、提升、排矸、懸吊、排水、通風(fēng)設(shè)備，以及鑿井井架和工作盤等結(jié)構(gòu)物 。

豎井特殊法掘進(jìn)是指在松軟不穩(wěn)定的含水層或在穩(wěn)定的、但涌水量很大的裂陳巖層或破碎帶中，預(yù)先采取特殊的技術(shù)措施改善豎井施工的地質(zhì)條件，再進(jìn)行井筒施工，簡(jiǎn)稱特殊鑿井法。18世紀(jì)末，由于礦業(yè)的發(fā)展，需要在復(fù)雜和困難的地質(zhì)條件下掘進(jìn)礦井，因而出現(xiàn)多種特殊鑿井法 。