引言
凍結法施工後的礦井，在井筒周圍形成了一圈凍結壁，凍結壁在自然狀態下解凍緩慢，而且還會產生融沉等問題[1]。內蒙古自治區的呼倫貝爾盟的立井礦井一般採用井塔式提升，避免冬季寒風和極低的氣溫對提絞裝置的影響。井筒施工完畢以後需要拆除臨時井架並修建永久井架及井塔，部分靠近井筒的井塔樁基礎位於凍結壁範圍內，這部分樁基礎需要在凍結壁解凍以後才能施工。目前，強制解凍技術還侷限於小規模的市政工程，大規模的礦井凍結壁強制解凍還未有先例[2][3]。
1 工程概況
靈東煤礦位於內蒙古自治區滿洲裡市扎賚諾爾礦區內。設計生產能力為500 萬噸/年，副井井筒的主要技術特徵所示。
2 強制解凍設計
2.1 強制解凍系統介紹
根據礦上現有條件，強制解凍設計採用鍋爐產生高溫熱水，利用中間熱交換裝置使熱水與鹽水進行熱交換，加熱鹽水溫度的方案[4]。
採用三大系統、二級迴圈的解凍模式。三大系統包括鍋爐生熱系統、鹽水箱換熱系統和熱鹽水迴圈系統；二級迴圈是指熱水迴圈和熱鹽水迴圈。原理是利用鍋爐產生高溫熱水，通過自身迴圈泵將高溫熱水送至鹽水箱進行中間換熱，換熱後的低溫熱水再回鍋爐進行重新加熱；中間換熱裝置加熱過的熱鹽水經鹽水泵泵送至鹽水乾管、再經配液圈送至50 米深的凍結孔進行強制解凍，吸收凍結壁冷量後的鹽水再通過集液圈、鹽水乾管回到鹽水箱繼續換熱。
2.2 強制解凍引數設計
靈東煤礦副井井筒採用凍結法施工，根據凍結設計和監測資料，至停止凍結時已經形成了厚度約4.2m 的凍結壁。其中凍結壁向凍結孔圈徑外側發展2.5m，內側凍結壁厚度為1.7m。分別為副井凍結壁與井塔基礎及解凍管位置示意圖。
副井強制解凍採用隔孔解凍的方式，將凍結孔內的鹽水供液管上提至地面標高以下50米位置，將凍結器頭部重新組焊安裝後進行可進行強制解凍，即熱鹽水只在解凍管上部50米範圍內形成迴圈，針對上部50 米範圍的`凍結壁解凍。強制解凍的基本條件如所示。
經過熱工計算[5][6]，強制解凍採用LZ-160 型蒸發器兩臺作為熱水箱，每個蒸發器中投入是三片盤管作為熱交換器，每片盤管換熱面積為40m2，共計240m2，富裕係數3.4，進水、回水幹管管徑選用Φ159×5mm。
3 強制解凍監測分析成果
3.1 測溫孔溫度
副井在在自然解凍期間砂礫層溫升速度最快，可以達到0.12℃/d；其次是粗砂岩，平均溫升速度在0.06℃/d~0.09℃/d；泥岩溫升速度在0.02℃/d ~0.05℃/d 之間。
2012 年3 月11 日至2012 年5 月25 日期間，副井進行強制解凍，共計76 天，測溫孔溫度隨解凍時間的關係曲線如所示。
從資料可以看出，在強制解凍狀態下，砂礫層溫度回升速度在0.068~0.087℃/d之間，粗砂岩和泥岩溫度回升速度在0.065~0.067℃/d 之間。
由於強制解凍只針對上部50m 範圍內的凍土進行，這樣，下部的凍土體就處於自然解凍的狀態，分別選取與強制解凍巖性相對應的處於自然解凍狀態的層位與之對比，繪製其溫度變化曲線如所示。2012 年3 月20 日至2012 年4 月28 日之間未進行自然解凍土體的溫度監測，造成了一定資料的缺失，但現有資料已能反映其自然解凍狀態下溫度變化的規律，故將其與強制解凍溫度變化曲線對比，反映兩種不同解凍狀態下溫度變化的差異。表3-2 列出瞭解凍速度差異的數值，用每天溫度升高值來反映解凍速度的快慢。
從上述圖表可以看出解凍速度受巖性影響較大，砂礫>粗砂岩>泥岩；自然解凍狀態下，粗砂岩和泥岩的溫度回升速度在0.025~0.028℃/d 之間，強制解凍狀態下可達到0.065~0.067℃/d 之間。
3.2 熱水溫度
強制解凍迴圈系統如所示。高溫熱水從鍋爐經保溫管路進入鹽水箱內的散熱盤管，與鹽水箱內的鹽水進行熱交換；換熱後的低溫熱水經管路回到鍋爐重新被加熱。熱水溫度測點佈置在熱水管路與盤管交接的部位，在進入盤管前、後分別佈置，監測進入盤管的高溫熱水溫度和出盤管的低溫熱水溫度。