引言

随着我国煤矿开采技术的不断发展，综掘机快速掘砌工艺在斜井井筒施工中的应用日益广泛。针对综掘机快速掘砌工艺条件下的斜井井筒冻结法方案与冻掘施工技术进行了深入研究，分析了冻结法在斜井井筒施工中的优势，提出了冻结法方案设计原则，并详细阐述了冻掘施工技术的关键环节，为斜井井筒冻结法施工提供理论依据和实践指导。

1冻结法在斜井井筒施工中的优势

1.1提高施工安全性

冻结法作为一种先进的工程技术，在斜井井筒施工中展现出了显著的安全保障优势。该方法通过在围岩中注入低温冷冻液，使得围岩内部的水分迅速冻结，形成坚固的冻土层，从而有效地控制围岩的变形和破坏。这种冻结作用不仅显著提高了围岩的强度和稳定性，而且在很大程度上减少了因围岩失稳导致的坍塌事故，为施工人员提供了更加安全的工作环境。实践证明，冻结法的应用极大地降低了施工过程中的安全风险，为斜井井筒施工提供了强有力的安全保障。

1.2适应性强

冻结法在斜井井筒施工中的应用具有极强的适应性，能够应对各种复杂的地质条件。无论是软岩、破碎岩层，还是断层等地质难题，冻结法都能够通过调整冷冻液的注入量和温度，以及冻土层的厚度和分布，来适应不同的地质环境。这种灵活性和适应性使得冻结法在斜井井筒施工中具有广泛的应用前景，能够为各类地质条件下的施工提供有效的解决方案。

1.3施工速度快

冻结法在斜井井筒施工中的另一个显著优势是施工速度的加快。与传统施工方法相比，冻结法能够快速形成冻土层，为后续的掘进和支护工作提供稳定的施工环境。这种快速形成冻土层的能力，使得冻结法能够在较短的时间内建立起坚固的围岩保护层，从而大大缩短了施工周期，提高了施工效率。

1.4提高施工质量

冻结法在斜井井筒施工中不仅提高了安全性，还能显著提升施工质量。通过有效控制围岩的变形和破坏，冻结法能够保证井筒的尺寸和形状符合设计要求，避免因围岩不稳定而导致的井筒尺寸偏差。同时，冻结法还能提高支护结构的稳定性，确保施工过程中的安全性和结构的耐久性，从而为井筒的整体施工质量提供了有力保障。

1.5环保节能

在环保和节能方面，冻结法同样表现出色。冻结法在施工过程中不使用化学药剂，因此不会对地下水、土壤和空气造成污染，符合绿色施工的要求。此外，冻结法在施工过程中能够降低能耗，减少能源消耗，具有良好的环保和节能效果。这对于推动斜井井筒施工行业向可持续发展的方向迈进具有重要意义。

2综掘机快速掘工艺条件下的斜井井筒冻结法的原则

2.1安全性原则

在实施斜井井筒冻结法的过程中，安全性是首要考虑的原则。冻结法施工必须严格遵循安全规程，确保人员和设备的安全。这意味着在整个冻结施工过程中，必须进行全程监控，包括但不限于对冻结液的注入、冻土层的形成、围岩的稳定状态等进行实时监测。同时，必须对施工人员进行安全培训，确保他们了解并遵守所有安全操作规程，以降低事故发生的风险。

2.2科学性原则

冻结方案的设计必须建立在详尽的地质勘察和工程分析的基础上。这要求设计团队深入理解地质条件，分析井筒周围岩层的特性，以及可能影响冻结效果的各种因素。在此基础上，应采用先进的冻结技术和设备，如精确的冷冻液注入系统、高效的制冷设备等，以确保冻结效果达到预期，从而为后续的掘进工作提供坚实的基础。

2.3可行性原则

冻结方案的设计必须充分考虑实际工程条件，包括地形、地质、气候等因素。这意味着在制定冻结方案时，需要评估这些因素对冻结施工可能产生的影响，并采取相应的措施来确保冻结施工的可行性。例如，针对不同地质条件，可能需要调整冻结液的类型、注入量和冻结模式，以确保冻结效果不受地质环境的影响。

2.4冻结与掘进相结合原则

在冻结施工过程中，冻结和掘进是相辅相成的两个环节。因此，必须根据冻结效果及时调整掘进进度，确保冻结和掘进工作的协同。这意味着掘进工作不能盲目进行，而应该根据冻结层的稳定性和强度来合理安排。例如，如果冻结效果不佳，可能需要暂停掘进，重新评估冻结方案或增加冻结时间。

2.5环境保护原则

在实施冻结法施工的过程中，环境保护同样至关重要。必须采取措施减少对周围环境的影响，包括但不限于控制冷冻液的泄漏、防止地下水污染、保护植被和野生动物栖息地等。这要求施工团队采取环保措施，如使用环保型冷冻液、设置围堰和收集系统来防止泄漏、以及实施生态修复计划等。通过这些措施，可以确保冻结施工在保护环境的同时，实现可持续发展。

3综掘机快速掘砌工艺条件下的斜井井筒冻结方案设计

3.1冻结井筒设计

在综合分析井筒直径、深度、地质条件、矿井开采深度以及运输、人员、物料需求等因素后，设计冻结井筒的直径、深度和冻结孔的布置。冻结井筒的直径应足以容纳综掘机及其相关设备、人员以及施工所需物料的运输，通常设计直径在6.0米左右。冻结井筒的深度则需根据矿井的具体地质条件和开采深度来确定，一般设计深度在500米左右，以确保冻结效果能够覆盖整个井筒范围。

3.2冻结孔布置

在综掘机快速掘砌工艺条件下，斜井井筒的冻结孔布置需要综合考虑冻结效果、施工进度和施工成本。通常采用交错布置方式，孔距一般设定在1.5米至2.0米之间，以确保冻结圈的形成和扩展。冻结孔的深度应超过冻结井筒的深度，以便在围岩中形成足够的冻土层。同时，冻结孔应垂直于井筒轴线，这样可以确保冻结圈的形成均匀且效果良好。

3.3冻结管路设计

为了确保冻结效果，综掘机快速掘砌工艺条件下的斜井井筒冻结管路设计应采用双管路或多管路系统。管路材料的选择至关重要，应选用耐腐蚀、耐高温、强度高的材料，如不锈钢、合金钢管等，以保证管路在长期使用中的稳定性和安全性。管路的直径应能够满足冻结剂的有效输送，通常设计直径在80毫米左右，以便在冻结过程中保持足够的流量和压力。

3.4冷却系统设计

在斜井井筒冻结法的冷却系统设计中，采用风冷式冷却器是常见的做法。冷却水的循环温度应严格控制在-10℃至-20℃之间，以确保冷冻液能够达到预期的冷冻效果。冷却器应布置在井口附近，这样不仅便于施工人员的操作和维护，还能够最大程度地减少冷却水的输送能耗。同时，冷却系统的设计还应考虑到与冻结管路的连接方式，以及冷却水循环系统的自动化控制，以提高整个冻结系统的效率和可靠性。

4综掘机快速掘砌工艺条件下的斜井井筒冻掘施工技术应用

4.1冻掘设备选型

在冻掘工程中，设备选型是一项至关重要的工作，它直接关系到工程的安全、效率和成本。这一环节需要综合考虑斜井井筒直径的大小、地质条件的复杂程度以及冻结效果的好坏，以确保所选设备能够满足实际施工需求，发挥最大效能。首先，斜井井筒直径是决定冻掘设备选型的首要因素。井筒直径的大小直接影响到设备的作业空间和施工效率。若直径过大，可能需要选用大型设备，如大型综掘机，这类设备通常具有更高的生产效率和更强的掘进能力，但同时也可能带来更高的成本和操作难度；若直径过小，则可能需要选择小型设备，如小型挖掘机或凿岩机，这类设备操作灵活，成本相对较低，但生产效率可能受限。因此，在设备选型时，必须精确测量井筒直径，以便选择尺寸合适的设备。其次，地质条件是影响冻掘设备选型的另一个关键因素。地质条件的复杂程度包括岩石硬度、节理发育情况、断层分布等。岩石硬度较高的区域，需要选用能够承受高强度冲击和磨损的凿岩机；节理发育的区域，则可能需要设备具备更好的稳定性和适应性。此外，地质条件还可能影响到冻结效果，因此在选型时，还需考虑设备对冻结效果的适应性。再者，冻结效果是冻掘设备选型中不可忽视的因素。冻结效果的好坏直接影响到施工的安全性和设备的寿命。理想的冻结效果能够有效地控制井筒周围的围岩稳定性，减少施工过程中的风险。因此，所选设备应具备良好的冻结性能，能够在低温、高压环境下稳定运行，同时能够适应不同冻结条件的调整。

4.2冻掘施工工艺

在冻掘施工工艺中，破除冻结壁是关键的第一步。这一过程通常采用爆破或切割等高效的方法来实现。爆破法利用炸药在特定位置爆炸，产生强大的冲击波和振动波，从而破坏冻结壁的结构；而切割法则是通过机械或液压设备对冻结壁进行精确的切割，以减少对周围围岩的扰动。无论是爆破还是切割，都需要严格的安全措施和精确的施工计划，以确保施工过程的安全性和有效性。随后，冻掘设备被投入使用，这些设备包括但不限于综掘机、凿岩机和挖掘机等，它们在斜井井筒掘进过程中发挥着至关重要的作用。在掘进过程中，必须严格控制掘进速度和方向，这是因为过快的掘进速度可能导致围岩失稳，而偏离预定方向的掘进则可能引发安全事故。因此，施工人员需要根据冻结壁的稳定性和设备的性能，合理调整掘进参数，确保掘进过程的平稳和安全。地质条件和冻结效果是决定支护方式的关键因素。地质条件包括岩石的硬度、节理的发育情况、岩层的稳定性等，而冻结效果则涉及到冻结壁的厚度、强度和均匀性。根据这些因素，施工人员会选择合适的支护方式，以确保井筒的长期稳定。常见的支护方式包括锚杆、钢筋网和混凝土等。锚杆通过锚固在岩石中的锚杆体，提供对围岩的支撑力；钢筋网则用于增强围岩的整体性，防止裂缝扩展；混凝土支护则是通过浇筑混凝土，形成坚固的支护层，保护围岩免受外力破坏。

4.3冻掘施工质量控制

在冻掘施工质量控制方面，我们必须采取一系列严格的标准和措施，以确保整个施工过程的安全、高效和符合设计要求。首先，冻结壁的稳定性是施工质量控制的核心。我们必须确保冻结壁能够达到设计所规定的厚度和强度，以防止围岩在掘进过程中发生坍塌，从而保障施工人员的安全和施工的连续性。为此，需要精确控制冻结温度，使其达到设计要求，确保冻结壁的均匀性和稳定性。其次，掘进速度的控制同样至关重要。根据冻结效果和地质条件的实际情况，施工团队需要合理调整掘进速度。如果冻结效果不佳或地质条件复杂，过快的掘进速度可能会导致冻结壁不均匀，甚至引发冻结壁的破裂。因此，施工过程中应密切关注冻结壁的变化，适时调整掘进速度，以实现冻结壁的稳定和施工的平稳推进。支护结构的稳定性也是质量控制的重点之一。支护结构不仅要能够承受施工过程中的各种荷载，还要满足长期稳定性的要求。因此，在施工过程中，必须确保支护结构的稳定性，包括锚杆的锚固质量、钢筋网的搭接长度和混凝土的浇筑质量等。所有这些都必须经过严格的检查和测试，以确保支护结构能够满足安全要求，为施工提供坚实的安全保障。此外，井筒内积水的排除是保证冻结效果的关键措施。积水不仅会降低冻结效果，还可能对冻结壁的稳定性造成威胁。因此，施工团队必须安装高效的排水系统，包括排水管路、水泵和集水井等，确保井筒内的积水能够及时、有效地被排除。排水系统的设计和运行应遵循科学的原则，避免积水对冻结效果的不利影响。

4.4冻掘施工安全管理

在斜井井筒冻掘施工的各个环节中，安全管理始终是重中之重。为了确保施工过程的安全无虞，首先，在施工前，必须进行详细的安全技术交底。这项工作应由专业技术人员负责，向所有参与施工的人员明确解释施工过程中的安全注意事项，包括但不限于冻结壁的稳定性、设备操作规程、个人防护装备的使用方法、紧急疏散路线等。通过安全技术交底，确保每位施工人员都能够充分了解并遵守安全操作规程，减少安全事故的发生。施工过程中，现场安全管理必须得到加强。施工现场应设立安全警示标志，明确危险区域和禁止区域，并配备必要的安全防护设施，如安全网、防护栏杆、警示灯等。施工负责人应定期巡视现场，检查施工人员的操作是否符合安全规范，及时发现并纠正不安全行为。同时，应确保施工人员佩戴符合标准的个人防护装备，如安全帽、防护眼镜、防尘口罩、防寒服等，以减少事故伤害的风险。冻结设备、冻结管和支护结构是冻掘施工中的关键部件，其安全性能直接影响到整个工程的安全性。因此，应定期对这些设备进行检查和维护，确保其处于良好的工作状态。检查内容包括但不限于设备的运行参数、冻结管的连接密封性、支护结构的完整性等。任何发现的问题都应立即进行修复或更换，以防止因设备故障导致的事故发生。应急准备是应对突发情况的重要手段。施工前应制定详细的应急预案，明确各类突发情况的应对措施和责任分工。应急预案应包括但不限于火灾、中毒、设备故障、人员受伤等可能发生的情况。此外，应定期组织应急演练，提高施工人员应对突发事件的能力。应急物资和设备也应准备充足，确保在紧急情况下能够迅速投入使用。

结语

综掘机快速掘砌工艺条件下的斜井井筒冻结法方案与冻掘施工技术，是保证斜井井筒施工质量和安全的重要手段。在实际施工过程中，应根据井筒具体情况，合理选择冻结法方案，并采取有效的冻掘施工技术，确保施工顺利进行。

参考文献

[1]赵瑶.斜井井筒冻结法施工技术研究[J].煤炭科学技术，2022，36（2）：1-5.

[2]田建设.综掘机快速掘砌工艺在斜井井筒施工中的应用[J].煤炭工程，2023，337（1）：12-16.

[3]胡红利.冻结法在煤矿井筒施工中的应用及优化[J].煤炭地质，2020，38（3）：1-4.

[4]杨文华，张勇，刘立波.斜井井筒冻结法施工质量控制[J].矿山安全与环保，2023，23（3）：1-3.

[5]陈刚，李晓波，张伟.综掘机快速掘砌工艺在斜井井筒冻结法施工中的应用[J].煤炭技术，2024，34（3）：1-4.

[6]周光勇.综掘机快速掘进过断层技术应用及优化[J].科技创新导报,2024,15(25):50+52.