大众网·海报新闻济南6月4日讯（通讯员 吴玉华）走在兖州煤业鄂尔多斯能化公司营盘壕矿700多米的井下，迎面吹来干爽的风。

　　“这在西部软岩富水地区是不多见的。”在宽敞明亮的大巷里，兖矿集团总工程师孟祥军边走边介绍，“传统的普通法加注浆法，在西部深井凿井中不适应，我们采用冻结法开凿大直径深井井筒取得良好的经济效益和社会效益。”

　　在乘坐罐笼的间隙，孟祥军介绍，深厚富水软岩大直径立井及毗邻硐室冻结法开凿关键技术，采用冻结法开凿大直径深井井筒。“冻结法应用于石拉乌素煤矿和营盘壕煤矿的6个深大井筒，创造了冻结孔固管充填高度300米的世界纪录和冻结基岩井筒度849.5米的世界纪录，示范工程总计节约工程造价约1.1亿元，获2018年度中煤协会科技进步一等奖。”

　　岩石冻结法替代土层冻结法

　　我国煤炭资源在地理分布上总格局“北富南贫”，且主要集中分布在山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等6省（自治区），其中山西、内蒙古、陕西煤炭资源尤其丰富，这些省区是我国主要煤炭工业基地的三个省区，被誉为“乌金三角”，有约3.58万亿吨的煤炭资源深埋在“乌金三角”深厚富水软岩之下。

　　孟祥军介绍， 2002 年以来，我国煤炭开发的重点向西部和深部转移。在晋、蒙、陕、甘、宁等中国西部地区，占我国新增产能 70%以上的在建和拟建大型或特大型煤矿，煤层埋深已达 500米~1000米，必须开凿深大立井井筒，以满足运输大型采矿设备及年产500万到3000万吨巨量煤炭的要求。

　　“然而，在西部地区深大井筒建设过程中，很普遍地遇到孔隙、裂隙复合含水软岩等复杂岩层条件，注浆法堵水屡遭失败，井点抽水法降水也鲜能成功，前期有近 20个井筒用普通法凿井失败，造成重大损失。”孟祥军说，“惨痛的教训证明，在西部地区复杂岩层中必须采用冻结法开凿深大井筒！”

　　冻结法凿井，是一种利用人工制冷技术冻结待建井筒周围岩土层，形成不透水且能抵抗地压的圆筒形冻结壁，在冻结壁保护下进行井筒掘砌施工的特殊凿井法，其核心是井壁和冻结壁的设计理论和施工技术，难度随冻结深度增大而快速增大。

　　2010年底，兖矿集团正式进军“乌金三角”，相继开发建设金鸡滩、转龙湾、石拉乌素、营盘壕等千万吨级矿井。

　　“到了这里后，我们了解到传统的‘普通法加注浆法’不适应这里的深富水软岩地质条件。”孟祥军解释，2007年之前，冻结法主要用于土层中凿井，我国开凿了500多个井筒，创造了冻结土层深度587.5m世界纪录。2005年之后，西部深厚富水岩层中沿用土层冻结法凿井技术出现大问题，因发生在冻结壁上的难题，导致岩层中冻结孔导水淹井12起、岩层中冻结壁破裂淹井3起，因发生在井壁及硐室上的难题，导致岩层中内壁裂漏严重、毗邻硐室普通法开凿质量差工期长。

　　“在深厚富水软岩中，凿600~1000m深、净直径8~12m的大井筒，这些难题国外也罕见！”孟祥军说，“2010年1月，我们正式立项深厚富水软岩大直径立井及毗邻硐室冻结法开凿关键技术，在石拉乌素矿开展技术攻关，就是要攻克岩层冻结孔固管封水、岩层冻结壁设计、内层井壁防裂、井筒与硐室整体冻结和砌筑四项关键技术。”

　　冻结法开凿的四项关键技术

　　在鄂尔多斯能化公司副总工程师周霖办公室里，他详细介绍了深厚富水软岩大直径立井及毗邻硐室冻结法开凿关键技术。

　　周霖曾在兖矿集团济三矿担任过生产区队主管队长。“这里和济三矿不同。”他说，“济三矿表土层厚，岩石赋存水也少，600米的井筒冻结，差不多用了两年。这里表土层薄，只有六七米，水层也浅，营盘壕地面半米以下就有水。”

　　周霖介绍，石拉乌素矿从 2010 年 1 月至 2016 年 6 月承担该项目攻关。该矿设计生产能力1000万吨，主井、副井和风井井筒的净直径分别为 9.4米、10.0米 和 7.5米，深度分别为 748米、723米、716米，采用冻结法施工。

　　周霖解释，四项关键技术攻关中，岩层冻结孔固管封水技术，掌握了浆液流动、混合及性能劣化规律，发明了长时稳定、耐冻融的高性能缓凝水泥浆液，研发了以“孔径-管径相匹配，隔离液+压浆参数精准控制”为核心的施工工艺；岩层冻结壁设计中，首次建立考虑孔隙水作用和不均匀地应力场的岩层冻结壁设计理论；在内层井壁防裂技术中，揭示了内壁开裂漏水的新机理，研发成功内壁防裂新技术；在井筒与毗邻硐室整体冻结和砌筑技术中，提出了井筒与硐室整体连续砌筑工艺，首次实现井筒与箕斗装载硐室冻结法联合开凿，实现了含水岩层中硐室快速、优质施工。

　　“采用这些关键技术，石拉乌素矿主井2013年2月1日动工，当年到底，井筒深748米，我们全身冻结760米，外壁从650公分减少到400公分。”周霖说，“井筒瘦身，封水效果好，干井基本看不到水。仅石拉乌素三个井筒，就节省4000多万元。”

　　随后，这些成熟的冻结技术又移植到营盘壕矿，同样是当年开工当年到底，六个井筒共节省投资1亿多元。“周边煤矿都很服气。”周霖笑着说，“有一个矿和我们一块开工，采用传统凿井法，到现在还没有到底。”

　　几百个矿井要使用岩石冻结法

　　“他们为什么不换成冻结凿井技术？”记者疑惑地问。

　　“中间不能再换技术了，凿井技术开始就确定了。”周霖说。凭这项关键技术，兖矿集团在乌金三角打出了名声，也树立了威望。“只要是兖矿的，他们都愿意合作。”

　　周霖说，深厚富水软岩大直径立井及毗邻硐室冻结法开凿关键技术省工、省时、省钱，由于封水效果好，对等同寿命的矿井，设备使用寿命延迟一半，“没有水的腐蚀了嘛。”周霖认真地说，“施工过程中，真的没有遇到什么困难。”

　　“我国煤炭开发格局正由‘中东部为主、区域性保障’转为‘中西部为主、向晋陕内蒙集中’发展。”在中国科学研究总院近期举办的“煤炭革命的战略与方向”成果发布会上，中国煤炭工业协会副秘书长张宏介绍。他说，随着东部老矿区资源枯竭，大部分衰老煤矿逐渐退出，西南地区资源赋存推荐较差，煤矿安全生产压力大，全国煤炭生产越来越向晋陕内蒙古地区集中。

　　“在复杂岩层地区深大井筒建井技术是一个具有挑战性的难题，建井技术问题不解决，深厚富水软岩地层下的煤田开发就无法实现，它决定着建井工程的成败，也关系着巨大的经济效益。”孟祥军说，“项目取得直接经济效益超亿元，使我国冻结法凿井技术水平跨上一个新台阶，进入世界领先水平行列，为井工开采我国深厚富水软岩下的矿物资源创造了条件。”

　　据悉，我国现有绿色煤炭资源量主要分布在晋陕内蒙古宁甘地区，该区域绿色煤炭资源量为3697.61亿吨，占全国的73.23%；新疆青海地区保有量为633.77亿吨，占全国的12.55%；华东区为418.32亿吨，占全国的8.29%；华南区为253.15亿吨，占全国的5.01%；东北区为46.1亿吨，占全国的0.91%。

　　“我国未来有几百个矿井要穿越深厚复杂岩层，项目成果可应用于这些井筒工程，对于相似条件煤矿和非煤矿山资源的开发具有重要意义。”孟祥军说。