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1、霄云矿井冻结施工组织设计 表 01 霄云矿主、副井冻结设计参数序号项目名称单位主井副井备 注1冲积层埋深m420.35403.92井筒净直径m5.05.53井壁厚度m1.551.604井筒掘砌荒径m6.78.257.28.85含壁后泡沫板外圈m470/430470/414短腿进入风化带 10m 左右辅助孔m430414穿过冲积层5冻结深度防片孔m320300根据第二次井壁变截面调整6控制层位m420.35403.97控制层冻结壁厚度m7.0m7.4m8冻结壁平均温度-15-15 外圈m17.818.8 辅助孔m1212.59冻结圈径防片孔m9.610.0 外圈个20/2021/21 辅助孔个2
2、32410孔数防片孔个1111外圈m1.331.34 辅助孔m1.791.7811开孔间距防片孔m2.742.85冻结管规格：外圈、辅助孔300m1406 mm， 300m1597 mm；防片孔 1406 mm。塑料管：756 mm12冻结孔偏斜及最大孔间距m300m 以上钻孔偏斜率2.5；300m 以下按靶域施工,靶域半径 0.7m,冻结孔向内偏斜300mm。最大孔间距表土段：外圈孔2.5m，辅助孔、防片孔按偏斜及靶域要求；基岩段4.5m13测温孔m /个421/2、470/1、460/1404/2、470/1、460/1规格 108614水文孔m /个240/1、320/1240/1、32
3、5/1水文管 1406 15钻孔工程量m33782341596794116井筒需冷量41341817冻结站标准制冷量104Kcal/h2863 最大用电负荷 11000 KVA18盐水温度-30-33工期d3853851造孔d1001002地沟槽d15153开机至试挖d85854试挖至开挖d2020试挖 20m5开挖至停机165165要求成井 80m/月编制依据 济宁矿业集团霄云煤矿主检钻孔柱状图； 济宁矿业集团霄云煤矿副检钻孔柱状图； 济宁矿业集团霄云煤矿主、副井井筒打钻冻结招标文件； 济宁矿业集团霄云煤矿工业场地总平面布置图； 业主提供的其它资料等。有关技术规范、标准及参考资料矿山井巷工程
4、施工及验收规范，GBJ21390；煤矿井巷工程质量检验评定标准，MT500994；煤炭工业建设工程质量技术资料管理规定；煤炭工业煤矿井井巷工程、建筑安装单位工程质量保证资料评级办法；建井工程手册第四册冻结部分；煤矿安全规程（2005 年执行）； 参考冻结技术规程（审查意见稿）、建井技术等相关技术文件和资料第一章第一章 矿井概况矿井概况1.1 工程概况霄云煤矿位于金乡县霄云镇境内，工业广场北距枣曹线省道 1600m，西距 105 国道 18 公里，交通便利，交通便利。矿井地质储量 10120 万吨，可采储量 4825 万吨，矿井设计生产能力 90 万吨/年，立井开拓，在工业广场内布置主、副两个井
5、筒。地面自然标高37.2m,井口设计标高+37.5m。井筒主要技术特征见下表。表表 0202 霄云矿井主、副井井筒主要技术特征表霄云矿井主、副井井筒主要技术特征表1.2 地质概况1.2.1 地层项目单位主井副井备注Xm.000.000序号井口位置Ym.000.0001井口标高m39.539.52井筒车场水平m暂定-790暂定-7903井筒净直径m5.05.54井筒净断面积m19.623.445最大井壁厚度m21.551.606最大掘砌荒径m8.39.07表土厚度m420.35403.98设计冻结深度m470470业主要求表 03 井筒检查孔揭露地层深度统计表孔号第四系 Q上第三系 N下第三系
6、E石河子组 P主检236.1420.5455.8791.00副检240.4401.9466.3830.8主、副井只存在弱风化带，无强风化带，主检孔埋深为 456.2m，副检孔埋深为449.38m，1.2.2 第四系流向流速第四系 35m 内地下水的流向为北西北 460，水力坡度 7.69，2005 年 9 月 11日 10 时潜水位标高32.7533.80m，地面河流水补给第四系潜水。1.2.3 地温根据地址钻孔测定地温梯度为 2.81/100m。1.3 冻土试验表 04 冻土试验取土层位深度表土层序号试样深度（m）土性层厚（m）1204.00215.90粘土11.902215.90228.3
7、0粉细砂12.403246.60260.00粘土13.44331.10348.50粘土17.45349.95356.00砂质粘土6.056381.20389.40砂质粘土8.207390.30417.60粘土27.3注：（1）表中：13 层为井筒 1 号检查孔样品；47 层为 2 号检查孔样品；（2）第 4 层土样为 2 号检查孔冻 1 样品；第 5 层土样为 2 号检查孔冻 2 样品；第6 层为 2 号检查孔冻 3 和冻 4 样品；第 7 层土样为 2 号检查孔冻 5、冻 6 和冻7 样品。表 05 样品冻结试验结冰温度土样编号取样深度（m）取样名称冻结温度（）备注1208.35208.55
8、粘土-1.72216.10216.30粉细砂-0.43246.80247.00粘土-0.74334.00334.20粘土-3.05391.90392.10砂质粘土-2.56405.70405.90砂质粘土-2.87411.80412.00粘土-1.5表 06 冻土冻胀力、冻胀率试验结果冻胀力试验冻胀率试验样品分组土层名称取样深度（m）冻胀力（MPa）平均值冻胀率（）平均值0.661.901粘土204.00215.900.700.681.801.800.812.302粉细砂215.90228.300.860.842.102.200.751.403粘土246.60260.000.770.761.7
9、01.500.893.204粘土331.10348.500.900.882.803.000.692.005砂质粘土349.95356.000.650.672.202.100.522.606砂质粘土381.20389.400.580.552.502.500.813.167粘土390.30417.600.750.783.053.10表 07 冻土单轴瞬时抗压强度试验温度-5-10-15-20地层分组土性深度（m）单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa1.542.754.136.131.792.884.255.711粘土204.002
10、15.90 1.851.733.142.924.014.136.406.083.136.048.319.963.466.458.469.082粉细砂215.90228.30 3.303.305.135.878.408.399.919.652.203.644.495.422.083.594.245.933粘土246.60260.00 2.322.202.773.334.944.555.235.531.442.753.714.301.752.693.534.694粘土331.10348.50 1.801.663.052.833.353.533.904.291.671.953.554.541.692
11、.163.264.385砂质粘土349.95356.00 1.611.662.302.143.423.414.434.451.742.024.276.631.722.354.336.396砂质粘土381.20389.40 1.891.782.292.224.394.336.146.391.812.583.814.111.682.403.704.087粘土390.30417.60 2.031.842.762.583.693.734.884.361.4 地层特点 粘土层埋藏深且连续厚度大，主井 317.6420.35m(厚 102.75m),副井322.03403.9m(厚 81.87m)； 整体
12、来看冻土单轴抗压强度值偏小，尤其是下部粘土地层； 从应力应变关系曲线可以看出：破坏应变大多在 8以内，因此，冻土的破坏应变小； 粘土地层的冻结温度偏高，下部粘土层约在-1.5-3.0之间，尤是331348m 粘土地层（第四组样品），样品冻结温度为-3.0；第二章第二章 冻结技术方案冻结技术方案2.12.1 设计目的设计目的 设计的冻结壁厚度和强度满足井筒安全掘砌施工的要求，井筒掘砌中不发生因冻结壁原因引起的人员和工程质量事故。 设计应确保基岩段封水及冻结岩帽的形成 根据国内外及本公司深厚表土冻结井施工经验，以满足冻结壁强度，防止冻结壁变形及冻结管断裂为目的，选择合理的施工方案及施工参数。 以施
13、工安全为前提，减少工程量、提高工程效率、降低工程造价，达到安全、快速、高效的施工目的。2.22.2 冻结方式冻结方式根据目前国内同类型矿井冻结方式并结合霄云矿井主、副井实际情况，确定主、副井均采用主圈孔、辅助孔加防片孔冻结方案。2.32.3 冻结深度冻结深度根据业主要求，主、副井冻结深度均为 470m（业主要求）。2.42.4 冻结壁设计冻结壁设计2.4.1 冻结壁设计原则按两种极限状态设计，一是冻结壁的极限承载能力；二是冻结壁极限允许变形状态。前者对砂层较合适，因为砂层冻结壁具有脆性断裂的特性，因此其承载能力必须得到满足，否则可能出水冒砂。后者适用于深厚粘土层，因为对于粘土层冻结壁厚度及强度
14、必须满足变形条件，防止出现过大变形而导致冻结管断裂，盐水漏失融化冻结壁，危及井筒安全。2.4.2 基本设计计算参数 冻结壁内半径：主井 R主=4.1m、副井 R副=4.43； 地压值（采用水土悬浮公式）：P=0.013H（MPa），为安全期间控制层深度 H均取最大表土深度，即主井 420.35m、副井 403.9m； 冻结壁平均温度（控制层）：根据目前国内已施工同类型深厚表土冻结井实际冻结情况，取控制层冻结壁平均温度：主井 Tc 主=-15、副井 Tc 副=-15； 冻土抗压强度：根据手册单轴抗压强度选取； 冻土发展速度：参照附近梁宝寺矿井、金桥矿井、花园矿井实际冻土发展速度，选取霄云主、副井
15、控制层冻土发展速度砂层向内 20mm/d、向外 15mm/d，粘土层向内16mm/d、向外 13mm/d。 井帮温度（控制层）：砂层 Tn=-1113；粘土层 Tn=-10-12 盐水温度：Tb=-30-33； 冲积层最大孔间距：L2.5m。 强度安全系数，k=22.5； 掘砌段高，从保证安全和方便施工两方面考虑，控制层暴露段高 300m 以下取h=2.02.5m； 工作面冻结状态系数；=3（工作面未冻结时）3/2（工作面冻实时）；设计取主井 =1.3、=1.5； 2.4.3 冻结壁厚度由于目前国内外对 400m 以下深厚表土冻结井冻结壁厚度设计没有较为成熟的计算理论，设计采用两种方法计算冻结壁厚度：一是通过现有计算公式计算；二是采用类比法，与国内外已施工的深厚表土冻结井比较，综合确定冻结壁厚度。 现有计算公式计算冻结壁厚度多姆克公式：E=Ra0.29（P/s）+2.3（P/s）2维亚若夫扎列茨基有限段高公式：E=Ph/ s里别尔曼公式：E=KHh/ s煤炭冻结法凿井技术规程中的强度公式：E【k3（1）Ph】/s国内数理统计公式：E=0.04RaH0.61表表 0808 冻结壁厚度计算结果表冻结壁厚度计算结果表序号计算公式单位主井副井备注1多姆克公式m6.026.2取手册强度,2维亚若夫公式m6.06.653里别尔曼公式m6.77.14冻结法凿井技术规程m6.66.
