引言
冻结法施工后的矿井，在井筒周围形成了一圈冻结壁，冻结壁在自然状态下解冻缓慢，而且还会产生融沉等问题[1]。内蒙古自治区的呼伦贝尔盟的立井矿井一般采用井塔式提升，避免冬季寒风和极低的气温对提绞设备的影响。井筒施工完毕以后需要拆除临时井架并修建永久井架及井塔，部分靠近井筒的井塔桩基础位于冻结壁范围内，这部分桩基础需要在冻结壁解冻以后才能施工。目前，强制解冻技术还局限于小规模的市政工程，大规模的矿井冻结壁强制解冻还未有先例[2][3]。
1 工程概况
灵东煤矿位于内蒙古自治区满洲里市扎赉诺尔矿区内。设计生产能力为500 万吨/年，副井井筒的主要技术特征所示。
2 强制解冻设计
2.1 强制解冻系统介绍
根据矿上现有条件，强制解冻设计采用锅炉产生高温热水，利用中间热交换装置使热水与盐水进行热交换，加热盐水温度的方案[4]。
采用三大系统、二级循环的解冻模式。三大系统包括锅炉生热系统、盐水箱换热系统和热盐水循环系统；二级循环是指热水循环和热盐水循环。原理是利用锅炉产生高温热水，通过自身循环泵将高温热水送至盐水箱进行中间换热，换热后的低温热水再回锅炉进行重新加热；中间换热装置加热过的热盐水经盐水泵泵送至盐水干管、再经配液圈送至50 米深的冻结孔进行强制解冻，吸收冻结壁冷量后的盐水再通过集液圈、盐水干管回到盐水箱继续换热。
2.2 强制解冻参数设计
灵东煤矿副井井筒采用冻结法施工，根据冻结设计和监测资料，至停止冻结时已经形成了厚度约4.2m 的冻结壁。其中冻结壁向冻结孔圈径外侧发展2.5m，内侧冻结壁厚度为1.7m。分别为副井冻结壁与井塔基础及解冻管位置示意图。
副井强制解冻采用隔孔解冻的方式，将冻结孔内的盐水供液管上提至地面标高以下50米位置，将冻结器头部重新组焊安装后进行可进行强制解冻，即热盐水只在解冻管上部50米范围内形成循环，针对上部50 米范围的`冻结壁解冻。强制解冻的基本条件如所示。
经过热工计算[5][6]，强制解冻采用LZ-160 型蒸发器两台作为热水箱，每个蒸发器中投入是三片盘管作为热交换器，每片盘管换热面积为40m2，共计240m2，富裕系数3.4，进水、回水干管管径选用Φ159×5mm。
3 强制解冻监测分析成果
3.1 测温孔温度
副井在在自然解冻期间砂砾层温升速度最快，可以达到0.12℃/d；其次是粗砂岩，平均温升速度在0.06℃/d~0.09℃/d；泥岩温升速度在0.02℃/d ~0.05℃/d 之间。
2012 年3 月11 日至2012 年5 月25 日期间，副井进行强制解冻，共计76 天，测温孔温度随解冻时间的关系曲线如所示。
从数据可以看出，在强制解冻状态下，砂砾层温度回升速度在0.068~0.087℃/d之间，粗砂岩和泥岩温度回升速度在0.065~0.067℃/d 之间。
由于强制解冻只针对上部50m 范围内的冻土进行，这样，下部的冻土体就处于自然解冻的状态，分别选取与强制解冻岩性相对应的处于自然解冻状态的层位与之对比，绘制其温度变化曲线如所示。2012 年3 月20 日至2012 年4 月28 日之间未进行自然解冻土体的温度监测，造成了一定数据的缺失，但现有数据已能反映其自然解冻状态下温度变化的规律，故将其与强制解冻温度变化曲线对比，反映两种不同解冻状态下温度变化的差异。表3-2 列出了解冻速度差异的数值，用每天温度升高值来反映解冻速度的快慢。
从上述图表可以看出解冻速度受岩性影响较大，砂砾>粗砂岩>泥岩；自然解冻状态下，粗砂岩和泥岩的温度回升速度在0.025~0.028℃/d 之间，强制解冻状态下可达到0.065~0.067℃/d 之间。
3.2 热水温度
强制解冻循环系统如所示。高温热水从锅炉经保温管路进入盐水箱内的散热盘管，与盐水箱内的盐水进行热交换；换热后的低温热水经管路回到锅炉重新被加热。热水温度测点布置在热水管路与盘管交接的部位，在进入盘管前、后分别布置，监测进入盘管的高温热水温度和出盘管的低温热水温度。
