液氮凍結(jié)技術(shù)在井筒封水搶險中的應(yīng)用

【摘要】隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展，液氮凍結(jié)技術(shù)的應(yīng)用迎來了前所未有的重大發(fā)展機遇，如何采取有效技術(shù)措施，強化液氮凍結(jié)技術(shù)在井筒封水搶險實踐中的運用成效，成為業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注的焦點課題之一?；诖?，本文首先介紹了液氮凍結(jié)技術(shù)的基本應(yīng)用原理，分析了液氮凍結(jié)技術(shù)在井筒封水搶險中的應(yīng)用要點，并結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗，分別從多個角度與方面，提出了優(yōu)化液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用效果的有效措施，闡述了個人對此的幾點淺見，望對液氮凍結(jié)技術(shù)的運用有所裨益。

【關(guān)鍵詞】液氮凍結(jié);井筒封水;搶險;應(yīng)用

當今社會，豎井施工工作面臨著新形勢與新要求，使井筒封水搶險的難度系數(shù)更高，必須客觀審視液氮凍結(jié)技術(shù)在實際應(yīng)用中的客觀現(xiàn)狀問題，找準問題薄弱環(huán)節(jié)與根源，多措并舉，綜合施策，切實提高井筒封水搶險最終整體效果。本文就此展開了探討。

1、液氮凍結(jié)加固原理

在水含量一定的土體中預(yù)先設(shè)置凍結(jié)管，通過液氮在凍結(jié)管內(nèi)的膨脹氣化作用，吸收土體中的大量熱量，降低土體中的熱能，使其周邊溫度迅速降低，直至進入凍結(jié)狀態(tài)，最終形成具有較高強度、較高密封性的凍化土體，此即液氮凍結(jié)技術(shù)的基本過程。隨著周邊溫度的上升，為鞏固凍結(jié)效果，可繼續(xù)往凍結(jié)管中補充液氮，保持凍化土體堅固穩(wěn)定。由于凍結(jié)管的布設(shè)可以結(jié)合現(xiàn)場實際，因此可通過科學(xué)合理的布設(shè)方法，使所形成的凍化土體具有較高載荷性能，起到良好的密封防水作用，為后續(xù)暗挖施工操作提供良好環(huán)境條件。凍結(jié)效果的好壞，與土體含水量、冷凍管間距、液氮蒸發(fā)量大小等因素密切相關(guān)。

2、液氮凍結(jié)技術(shù)在井筒封水搶險中的應(yīng)用

2.1凍結(jié)方案的制定與實施

液氮具有較強的惰性與穩(wěn)定性，液氮凍結(jié)技術(shù)的實施過程相對便捷，可獲得穩(wěn)定的土體凍結(jié)效果，且對外界環(huán)境的影響較小，基本沒有污染物排放。在當前工程施工領(lǐng)域，液氮凍結(jié)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于搶險堵水、處理突發(fā)事故、處理特殊底層等方面，并取得了良好的實踐應(yīng)用效果。在井筒封水搶險過程中，應(yīng)首先掌握分析工程難點，有針對性地確定液氮凍結(jié)施工方法。在凍結(jié)參數(shù)設(shè)置方面，應(yīng)根據(jù)土體性質(zhì)的不同，設(shè)置半徑大小合適的凍結(jié)土地圓柱半徑，并嚴格控制凍結(jié)深度，通?？刂圃诘叵?0-150m左右。對于液氮槽車供液溫度與壓力同樣應(yīng)合理設(shè)置，充分滿足施工需求。在凍結(jié)系統(tǒng)方面，將符合井筒實際的觀察管作為凍結(jié)孔，凍結(jié)管可選用一般性能的普通凍結(jié)管或無縫不銹鋼管，向下預(yù)埋到一定深度，并利用液氮槽車進行連續(xù)供液，避免供液過程中斷，使最終形成的凍結(jié)效果更趨穩(wěn)定。在監(jiān)測系統(tǒng)方面，主要包括液氮進液溫度監(jiān)測、回氣溫度監(jiān)測、液氮供液壓力監(jiān)測、液氮流量監(jiān)測等內(nèi)容。通過實施必要的凍結(jié)檢測，可為調(diào)節(jié)液氮槽車壓力、優(yōu)化供液速度等提供基礎(chǔ)依據(jù)與參考。

2.2凍結(jié)效果的形成與觀測

在液氮凍結(jié)實施中，應(yīng)確保事先預(yù)設(shè)的凍結(jié)管內(nèi)充滿液氮，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)整優(yōu)化操作技術(shù)參數(shù)，使凍結(jié)效果的形成更加平穩(wěn)。對于供液溫度而言，在凍結(jié)操作初期應(yīng)采用低溫氮氣對管道進行預(yù)冷，防止溫度下降劇烈而導(dǎo)致的冷凍管損毀。在管道預(yù)冷完成后，可進行正式凍結(jié)操作，降低供液溫度，實施穩(wěn)定供液。由于凍結(jié)初期階段凍結(jié)管等管路的溫度略高，液氮無法形成徹底氣化效果，而隨著后續(xù)管路溫度的降低，氮氣回氣溫度會出現(xiàn)明顯波動，而在凍結(jié)操作的中后期，則回氣溫度趨于穩(wěn)定。為有效掌握凍土的形成情況，應(yīng)在開挖面處的水文管外壁布設(shè)測溫點，動態(tài)化掌握水文管壁溫度變化，形成溫度監(jiān)測曲線，判定凍結(jié)效果發(fā)展趨勢，掌握凍土圓柱發(fā)展情況。

3、優(yōu)化液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用效果的有效措施

3.1充分結(jié)合施工現(xiàn)場實際，制定詳細實施方案

為提高液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用最終效果，必須事先對施工現(xiàn)場環(huán)境進行充分考察，全面掌握可能影響液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用過程的諸多客觀要素，根據(jù)實際凍結(jié)需求，檢測土體中含水量的多少，合理布局凍結(jié)管，調(diào)整優(yōu)化冷凍管間距，測定環(huán)境溫度的起伏波動情況，科學(xué)掌握液氮蒸發(fā)量。在液氮凍結(jié)技術(shù)實施方案初步擬定后，應(yīng)采取初試方法進行試驗，排除實際操作中的各類潛在影響，使最終形成的凍結(jié)效果更加穩(wěn)定可靠。

3.2密切跟蹤監(jiān)測凍結(jié)效果，強化凍結(jié)過程控制

液氮凍結(jié)技術(shù)的運用環(huán)節(jié)與步驟相對適中，影響干擾要素多種多樣，有的是顯性要素，有的是隱性要素，若對這些影響要素控制不當，則極易導(dǎo)致凍結(jié)效果不佳，影響土層穩(wěn)定性與堅固性，不利于井筒封水搶險工作的順利實施。因此，應(yīng)對凍結(jié)過程進行密切跟蹤監(jiān)測，及時觀察發(fā)現(xiàn)凍結(jié)效果，若發(fā)現(xiàn)凍結(jié)出現(xiàn)偏差，則應(yīng)第一時間采取有效技術(shù)措施，予以優(yōu)化調(diào)整改進，防止局部性的凍結(jié)偏差擴散蔓延成為系統(tǒng)性凍結(jié)缺陷，強化凍結(jié)過程控制的實際應(yīng)用效果。

3.3提高液氮凍結(jié)操作人員綜合素養(yǎng)

在液氮凍結(jié)技術(shù)應(yīng)用過程中，操作人員始終扮演著不可替代的關(guān)鍵角色，是執(zhí)行具體操作規(guī)程，落實各項凍結(jié)要求的直接實施者，其綜合素養(yǎng)高低與凍結(jié)結(jié)果密切相關(guān)。對此，在正式實施液氮凍結(jié)施工前，必須對操作人員進行專項培訓(xùn)與學(xué)習，豐富其專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，強化液氮凍結(jié)各項操作技能，牢固樹立風險意識、責任意識、質(zhì)量意識，提高液氮凍結(jié)缺陷問題的辨識能力與反饋能力，為始終不斷優(yōu)化液氮凍結(jié)效果提供良好保障。

結(jié)語：

綜上所述，受技術(shù)方法、人為操作、客觀環(huán)境等方面要素的影響，液氮凍結(jié)技術(shù)在實際應(yīng)用中依舊存在諸多薄弱環(huán)節(jié)與不足之處，制約著井筒封水搶險效果的優(yōu)化提升。因此，技術(shù)人員應(yīng)該從井筒封水搶險的客觀實際需求出發(fā)，充分遵循液氮凍結(jié)技術(shù)的基本應(yīng)用規(guī)律，創(chuàng)新應(yīng)用方式方法，優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用過程控制，充分彰顯液氮凍結(jié)技術(shù)整體應(yīng)用價值，為優(yōu)化井筒封水搶險效果奠定堅實基礎(chǔ)。

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作者簡介：

戚偉，1981年1月28日，男，漢族，安徽省淮南市，中煤特鑿有限責任公司路橋分公司 助理工程師，井筒凍結(jié)。