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回忆冻结法凿井技术的创立和发展

发布时间:2018-04-09

    1978年濮洪九(右2)和作者张文(左1)访问英国与外国专家交流

  

   一九九七年四月,在煤炭科学研究总院北京建井研究所成立40周年的前夕,我随陈湘生所长为团长一行5人前往瑞典参加第八届国际地层冻结会议。本届会议在LULEAOLRDKALTTEN KONFERENS 召开,聚集了13个国家的近百名专家和教授,就冻土热传导、冻土力学性能、冻胀及其防治、工程及地层冻结在工程中应用等7个方面共发表了82篇论文,部分论文在会议上进行了交流。我们团组在会上宣读了5篇论文,介绍了地层冻结技术在两准、兖州矿区、地铁建设中的应用及冻土力学试验成果,受到了国外专家的欢迎和关注。这表明,我国地层冻结技术在煤矿建井中的使用规模及某些技术装备已进入了国际先进行列,这是经过40多年,几代人共同努力获得的丰硕成果。此情此景,我的内心是多么的激动,使我无心欣赏异国他乡的风光。瑞典的冬天是美丽的,一片片绿油油的松林,相间着银白色的雪海,湖泊的冰层像一块块巨大的汉白玉躺在大地上。宁静的田园里,装饰着一幢幢白色墙壁红色尖顶的木板小房,组成了一幅十分美丽的油画。然而,这次国际地层冻结会议的盛况,我们团组代表在会上的发言,一直在我的脑海中旋转,把我带回到5080年代,思考着我在建井研究所参加冻结法凿井技术研究30个年头的生涯。

踏上研究冻结法凿井的道路

    1956年我走出校门,带着一个木箱和一个行李卷,怀着高兴不安的心情,从合肥到煤炭科学研究院报到。在北京第一次欢渡国庆节后,我将和几位同志一起去开滦唐家庄风井冻结法凿井工地实习。当时领导告诉我们:唐家庄风井是我国在苏联专家指导下,自己设计、用国产设备冻结法施工的第一个井筒。在学校老师讲授冻结法凿井只四节课,我的笔记本只记了两页纸,内容太少,心里感到空虚。领导又告诉我们:苏联专家经常到工地讲课和指导工作,这是一次非常好的学习机会,要求我们搞好努力学习,了解冻结法凿井的设计、施工工艺及使用的设备。听了这些,心里又踏实了,抱着强烈的学习愿望到了唐家庄工地。在仅有一个井筒规模不大的唐家庄风井工地上,集中了相当雄厚的技术力量,有负责凿井任务的开滦凿井四处三位主任工程师和主管技术员和队长,有我们10人的实习队,还有刚从苏联回国的北京矿院副博士和该校建井专业首届毕业的硕士,真可谓人才济济。这些人的目标都是研究冻结法凿井技术,这应该是我国首批研究冻结法的人员。

现场主任工程师指导我们实习,对我们要求很严。我们和现场技术员一起工作,在冻结沟槽里值班(记录温度、抄写和整理各种资料),下井跟班劳动掌握冻结和施工情况。我刚参加工作,对这些都很感兴趣。实测地沟槽冻结器周围冻土零度线的扩展和两个相邻冻土圆柱相交的速度,观测水文孔里的水位缓缓上升溢出管口,对利用水结冰膨胀的原理,简单、可靠的检查冻结壁形成的方法发生了浓厚的兴趣。实习中还经常参加各种技术讨论会,分析冻结情况,确定开挖日期,讨论掘进段高和井壁接茬方法、绳捆模板、混凝土骨料加热方法等,研究能否取消井壁隔热层。会议由主任工程师主持,大家发表意见,最后作出决定,确定施工方案。参加技术讨论会帮助我们掌握施工工艺,提高解决生产中技术问题的能力,同时也培养我们分析问题的能力。在实习期间,主任工程师兢兢业业的工作作风,周密的组织领导能力,严谨的学术态度,谦让的待人接物以及朴实的生活方式深深地影响着我,实际是把他作为今后自己工作、生活的榜样。

在留苏副博士指导下开展冻结法的课题研究工作,有冷混凝土、分期冻结方案、冻结管直径三个课题,这是建井所冻结法最早的研究课题,我们编写方案,进行室内模型试验,挖试验坑填砂,值班运转试验,最后编写报告。通过试验,训练了我们搞课题的方法和思路,收益非浅。

这次实习内容丰富,收获大,为今后自己参加工作打下了基础。

抓住机遇 开发推广冻结法凿井技术

我国第一个五年计划(1953-1957)期间,开工矿井194处,生产规模7537万吨/第二个五年计划(1958 - 1962 )期间,开工548处,年生产规模为一亿三千多万吨,这需进行大规模的矿井建设。在经济发达的苏、鲁、皖、冀、辽等沿海省份的许多矿区,煤炭资源条件很好,但含煤岩层上覆很厚的冲积层,有的深达千米,如何解决通过冲积层的技术迫在眉睫。当时,我国的特殊凿井技术还很落后,自重沉井法和板椿法只能通过10多米深的冲积层,不少井筒开挖后遇到冲积层流砂而涌砂淹井,冲积层成为建井中的拦路虎。

    煤炭科学研究总院承担了开发推广冻结法凿井技术的任务。1959 - 1963年,建井研究所共有10多位同志,先后在孔集、芦岭、朱仙庄、张大庄、柴里等10多个矿的井筒负责开发推广冻结法凿井技术。淮南孔集矿井筒原采用沉井法和大揭盖法施工失败后,主井采用一般冻结方法,副井采用无盐水冻结法,中央风井采用局部冻结法,均获得成功,这在华东地区影响很大。淮北芦岭矿是上海援建的矿井,冲积层厚130米,冻深135米,当时可谓深井冻结了,在施工中遇到了不少困难,在国内第一次发生断管。张大庄副井采用局部冻结法处理震动沉井涌砂淹井事故获得成功。山东柴里矿井是微山湖地区第一对矿井,也是山东省首次采用冻结法施工获得成功的矿井。从此以后,我国许多矿区广泛采用冻结法。到1996年,采用冻结法开滦矿区建设了30多个井筒,两淮地区建成了近100个井筒,兖州矿区建成了约20个井筒,全国共计建成了约400个冻结井筒,累计长度约6.6万米,最大冻深达435米,穿过表土层厚374.0米,最大井筒直径为8.0米。这些矿井的总生产能力约达2亿吨/年,冻结法凿井在我国矿井建设中发挥了重要作用,在使用规模上走在世界的前列。

    在开发推广冻结法过程中,克服了不少困难。首先是认识问题,有人支持有人反对,给工作带来困难,直到井筒安全通过冲积层才统一了认识。还受到社会上极左思潮的影响,说什么冻结法没有阶级感情等等,但是我们没有受到多大干扰。另外,当时冷冻设备、无缝管、液氨等供应十分紧张。

    50 - 60年代,研究院把开发推广冻结法作为重点是完全正确的,也是必要的,成绩显著,收获很大,解决了许多矿区井筒过冲积层的技术难题,体现了科研为生产服务的方针,对完成国家第一、第二个五年计划中矿井建设任务起到了重要作用同时提高了我国特殊凿井的技术水平,培养了科研队伍,向世界先进水平迈进。

攻克关键技术 赶超世界先进水平

    随着煤炭工业的发展,冻结法的使用规模扩大,冻结深度更深,迫切需要提高冻结法凿井的技术与装备水平,以满足矿井建设的需要,这正是研究人员发挥才能,研究单位出成果出人才的大好机遇。我在这样的环境条件下从事了多项课题研究,有无盐水冻结、局部冻结、单双级压缩制冷、卡戈桥斜井冻结、井壁内外力实测、塑料夹层双层混凝土井壁防水机理、混凝土块沥青钢板混凝土复合井壁,以及建立冻结试验室等。其中许多课题取得成果并获得部级以上奖励,我获得的最高奖为国家科技进步二等奖。此外,陀螺测斜仪、冻注钻机、定向纠编、冻土性能、冻结壁形成规律、计算机应用以及井壁施工工艺等也取得了丰硕成果,获得了奖励,其中有些成果达到了国际先进水平。现在想起来,应该说在冻结凿井技术上取得的成果,是建井研究所成立40年以来的一大功劳,为我国的矿井建设事业作出了重大的贡献,这是值得骄傲的。


 建井研究所濮洪九(前排左4)为团长代表团访问英国鲁尔矿井冻结技术


在国内冻结法凿井技术领域,建井研究所一直处于领先地位,选题始终坚持科研为生产建设服务的方针,紧跟着"冻深"来选择课题。研究方法上。坚持理论与实践,室内试验与现场试验相结合。指导思想上,是自力更生,赶超世界先进水平。能否攻克关键技术,人的因素是第一位的。能否团结同志(包括不同专业的人),发扬艰苦奋斗精神,是取得成果的重要因素,我深刻体会到,人才对研究院来说多么重要啊目前,我国冻结法凿井技术水平与国外先进水平相比,在某些方面还有明显的差距。

    1978年,我在英国赛尔比矿工地上看到了斜井冻结、冻结孔施工、冷冻站。在世界上冻结最深的博尔倍耳盐矿,下井参观了铸铁丘宾块混凝土复合井壁、铜板混凝土复合井壁,井壁滴水不漏,与有关公司进行了座谈。处于世界先进水平的英国冻结法凿井技术,尤其是井壁方面,英国因地制宜地选择井壁结构及其材料(在一般地质条件下采用混凝土井壁,在井深复杂条件下采用铸铁丘宾块混凝土复合井壁)给我们留下了深刻的印象。我们目前正在研究防止井壁断裂和深厚表土层里的井壁结构问题,英国在这方面的经验是值得我们借鉴的。

       访问英国鲁尔矿井作者张文(前排右3)等在井口合影



期望与祝愿

我殷切期望,建井研究所今后在深井冻结研究领域里应和以往一样始终处于国内领先和主导地位,这是义不容辞的责任。在井壁结构、冻土性能、冻结壁强度等方面,应结合目前两准矿区深井冻结中存在的问题.积极开展必要的室内和现场试验,为设计、施工及决策部门提供更多的研究成果;促进同行间的学术交流,积极参加国外学术活动,尤其要为中青年人员创造条件,培养跨世纪人才;在市场经济中,继续扩大地层冻结技术在我国其它行业的使用范围。

我的青壮年时期是在建井研究所渡过的,亲身经历了建井研究所创业、发展的历程、虽然离开建井研究所已有12年了,但仍怀有深厚的感情,我深信,在国家改革开放政策的指引下,建井研究所一定会更加兴旺发达,我衷心的祝愿建井研究所全体同志,包括离退休的同志,今后更加美好!

原建井研究所冻结研究室张文

 

作者简介  :


张文,男,193411月出生,教授级高级工程师。1956年毕业到北京建井研究所,从事冻结凿井研究。1991年后调中国统配煤矿总公司任基建局副总工程师(副局级)。1993年享受政府特殊津贴,获国家科技进步二等奖2项,部科技进步一等奖2项,部二、三等奖各1项。





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