【正文】 霄云礦井凍結(jié)施工組織設(shè) 計(jì) 表 01 霄云礦主、副井凍結(jié)設(shè)計(jì)參數(shù) 序號(hào) 項(xiàng)目名稱 單位 主井 副井 備 注 1 沖積層埋深 m 2 井筒凈直徑 m φ φ 3 井壁厚度 m ≤ ≤ 4 井筒掘砌荒徑 m φ ～ φ ～ 含壁后泡沫板 5 凍結(jié)深度 外圈 m 470/430 470/414 短腿進(jìn)入風(fēng)化帶 10m 左右 輔助孔 m 430 414 穿過沖積層 防片孔 m 320 300 根據(jù)第二次井壁變截面調(diào)整 6 控制層位 m 凍結(jié)管規(guī)格： 外圈、 輔助孔 ≤ 300mφ 1406 mm， ≥ 300mφ1 597 mm ； 防片孔 φ1 40 6 mm。 塑料管：φ 75 6 mm 7 控制層凍結(jié)壁厚度 m 8 凍結(jié)壁平均溫度 ℃ 15 15 9 凍結(jié)圈徑 外圈 m φ φ 輔助孔 m φ 12 φ 防片孔 m φ φ 10 孔數(shù) 外圈 個(gè) 20/20 21/21 輔助孔 個(gè) 23 24 防片孔 個(gè) 11 11 11 開孔間距 外圈 m 輔助孔 m 防片孔 m 12 凍結(jié)孔偏斜及最大孔間距 m 300m 以上鉆孔偏斜率≤ ‰； 300m 以下按靶域施工 ,靶域半徑 ,凍結(jié)孔向內(nèi)偏斜≤ 300mm。最大孔間距表土段：外圈孔≤ ， 輔助孔、防片孔按偏斜及靶域要求；基巖段≤ 13 測溫孔 m /個(gè) 421/ 470/ 460/1 404/ 470/ 460/1 規(guī)格 φ 108 6㎜ 14 水文孔 m /個(gè) 240/ 320/1 240/ 325/1 水文管 φ1 406 15 鉆孔工程量 m 33782 34159 67941 16 井筒需冷量 104Kcal/h 413 418 17 凍結(jié)站標(biāo)準(zhǔn)制冷量 2863 最大用電負(fù)荷 11000 KVA 18 鹽水溫度 ℃ 30～ 33 工期 d 385 385 1 造孔 d 100 100 2 地溝槽 d 15 15 3 開機(jī)至試挖 d 85 85 4 試挖至開挖 d 20 20 試挖 20m 5 開挖至停機(jī) 165 165 要求成井 80m/月 編制依據(jù) ? 濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán) 霄云煤礦 主 檢鉆孔柱狀圖； ? 濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán) 霄云煤礦 副 檢鉆孔柱狀圖； ? 濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)霄云煤礦主、副井井筒打鉆凍結(jié) 招標(biāo)文件； ? 濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán) 霄云煤礦 工業(yè)場地總平面布置圖； ? 業(yè)主提供的其它資料等。 有關(guān)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及參考資料 ? 《礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》， GBJ213— 90； ? 《煤礦井巷工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》， MT5009— 94； ? 《煤炭工業(yè)建設(shè)工程質(zhì)量技術(shù)資料管理規(guī)定》； ? 《煤炭工業(yè)煤礦井井巷工程、建筑安裝單位工 程質(zhì)量保證資料評(píng)級(jí)辦法》； ? 《建井工程手冊(cè)》第四冊(cè)凍結(jié)部分； ? 《煤礦安全規(guī)程》（ 2020年執(zhí)行）； ? 參考《凍結(jié)技術(shù)規(guī)程》（審查意見稿）、《建井技術(shù)》等相關(guān)技術(shù)文件和資料 第一章 礦井 概況 工程概況 霄云煤礦位于金鄉(xiāng)縣霄云鎮(zhèn)境內(nèi)，工業(yè)廣場北距棗曹線省道 1600m，西距 105 國道 18 公里，交通便利，交通便利。礦井地質(zhì)儲(chǔ)量 10120 萬噸，可采儲(chǔ)量 4825 萬噸，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 90 萬噸 /年，立井開拓，在工業(yè)廣場內(nèi)布置主、副兩個(gè)井筒。地面自然標(biāo)高＋ ,井口設(shè)計(jì)標(biāo)高 +。井筒主要技術(shù)特征見下表。 表 02 霄云礦井主、副井井筒主要技術(shù)特征表 地質(zhì)概況 地層 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 主井 副井 備注 井口 位置 X m Y m 1 井口標(biāo)高 m 2 井筒車場水平 m 暫定 790 暫定 790 3 井筒凈直徑 m φ φ 4 井筒凈斷面積 m 5 最大井壁厚度 m2 6 最大掘砌荒徑 m 7 表土厚度 m 8 設(shè)計(jì)凍結(jié)深度 m 470 470 業(yè)主要求 表 03 井筒檢查孔揭露地層深度統(tǒng)計(jì)表 孔號(hào) 第四系 Q 上第三系 N 下第三系 E 石河子組 P 主檢 副檢 主、副井只存在弱風(fēng)化帶，無強(qiáng)風(fēng)化帶，主檢孔埋深為 ，副檢孔埋深為， 第四系流向流速 第四系 35m 內(nèi)地下水的流 向?yàn)楸蔽鞅?460，水力坡度 ％， 2020 年 9 月 11 日10時(shí)潛水位標(biāo)高＋ ～＋ ，地面河流水補(bǔ)給第四系潛水。 地溫 根據(jù)地址鉆孔測定地溫梯度為 ℃ /100m。 凍土試驗(yàn) 表 04 凍土試驗(yàn)取土層位深度表 土層序號(hào) 試樣深度（ m） 土性 層厚（ m） 1 ～ 粘土 2 ～ 粉細(xì)砂 3 ～ 粘土 4 ～ 粘土 5 ～ 砂質(zhì)粘土 6 ～ 砂質(zhì)粘土 7 ～ 粘土 注：（ 1）表中： 1～ 3 層為井筒 1 號(hào)檢查孔樣品； 4～ 7 層為 2 號(hào)檢查孔樣品； （ 2）第 4 層土樣為 2 號(hào)檢查孔凍 1 樣品；第 5 層土樣為 2 號(hào)檢查孔凍 2 樣品；第 6層為 2 號(hào)檢查孔凍 3 和凍 4 樣品；第 7 層土樣為 2 號(hào)檢查孔凍 凍 6 和凍 7樣品。 表 05 樣品凍結(jié)試驗(yàn)結(jié)冰溫度 土樣編號(hào) 取樣深度（ m） 取樣名稱 凍結(jié)溫度（℃） 備注 1 ～ 粘土 2 ～ 粉細(xì)砂 3 ～ 粘土 4 ～ 粘土 5 ～ 砂質(zhì)粘土 6 ～ 砂質(zhì)粘土 7 ～ 粘土 表 06 凍土凍脹力、凍脹率試驗(yàn)結(jié)果 樣品分組 土層名稱 取樣深度（ m） 凍脹力試驗(yàn) 凍脹率試驗(yàn) 凍脹力（ MPa） 平均值 凍脹率（％） 平均值 1 粘土 ～ 2 粉細(xì)砂 ～ 3 粘土 ～ 4 粘土 ～ 5 砂質(zhì)粘土 ～ 6 砂質(zhì)粘土 ～ 7 粘土 ～ 表 07 凍土單軸瞬時(shí)抗壓強(qiáng)度 地層分組 土性 深度（ m） 試驗(yàn)溫度 5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 單軸強(qiáng)度MPa 平均值MPa 單軸強(qiáng)度MPa 平均值MPa 單軸強(qiáng)度MPa 平均值MPa 單軸強(qiáng)度MPa 平均值MPa 1 粘土 ～ 2 粉細(xì)砂 ～ 3 粘土 ～ 4 粘土 ～ 5 砂質(zhì)粘土 ～ 6 砂質(zhì)粘土 ～ 7 粘土 ～ 地層特點(diǎn) ? 粘土層埋藏深且連續(xù)厚度大，主井 ～ (厚 ),副井～ (厚 )； ? 整體來看凍土單軸抗壓強(qiáng)度值偏小，尤其是下部粘土地層； ? 從應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系曲線可以看出：破壞應(yīng)變大多在 8％以內(nèi)，因此，凍土的破壞應(yīng)變?。? ? 粘土地層的凍結(jié)溫度偏高，下部粘土層約在 ～ ℃之間，尤是 331～348m 粘土地層（第四組樣 品），樣品凍結(jié)溫度為 ℃； 第二章 凍結(jié)技術(shù)方案 設(shè)計(jì)目的 ? 設(shè)計(jì)的凍結(jié)壁厚度和強(qiáng)度滿足井筒安全掘砌施工的要求，井筒掘砌中不發(fā)生因凍結(jié)壁原因引起的人員和工程質(zhì)量事故。 ? 設(shè)計(jì)應(yīng)確?；鶐r段封水及凍結(jié)巖帽的形成 ? 根據(jù)國內(nèi)外及本公司深厚表土凍結(jié)井施工經(jīng)驗(yàn)，以滿足凍結(jié)壁強(qiáng)度，防止凍結(jié)壁變形及凍結(jié)管斷裂為目的，選擇合理的施工方案及施工參數(shù)。 ? 以施工安全為前提，減少工程量、提高工程效率、降低工程造價(jià)，達(dá)到安全、快速、高效的施工目的。 凍結(jié)方式 根據(jù) 目前國內(nèi)同類型礦井凍結(jié)方式并結(jié)合霄云礦井主、副井實(shí)際情況，確定主、副井均采用 主圈 孔 、輔助孔 加防片孔凍結(jié)方案。 凍結(jié)深度 根據(jù)業(yè)主要求，主、副井凍結(jié)深度 均 為 470m（業(yè)主要求）。 凍結(jié)壁設(shè)計(jì) 凍結(jié)壁設(shè)計(jì)原則 按兩種極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，一是凍結(jié)壁的極限承載能力；二是凍結(jié)壁極限允許變形狀態(tài)。前者對(duì)砂層較合適，因?yàn)樯皩觾鼋Y(jié)壁具有脆性斷裂的特性，因此其承載能力必須得到滿足，否則可能出水冒砂。后者適用于深厚粘土層，因?yàn)閷?duì)于粘土層凍結(jié)壁厚度及強(qiáng)度必須滿足變形條件，防止出現(xiàn)過大變形而導(dǎo)致凍結(jié)管斷裂，鹽水 漏失融化凍結(jié)壁，危及井筒安全。 基本設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù) ① 凍結(jié)壁內(nèi)半徑：主井 R 主 =、副井 R 副 =； ② 地壓值（采用水土懸浮公式）： P=（ MPa），為安全期間控制層深度 H均取最大表土深度，即主井 、副井 ； ③ 凍結(jié)壁平均溫度（控制層）：根據(jù)目前國內(nèi)已施工同類型深厚表土凍結(jié)井實(shí)際 凍結(jié)情況，取控制層凍結(jié)壁平均溫度：主井 Tc主 =15℃ 、副井 Tc副 =15℃ ； ④ 凍土抗壓強(qiáng)度：根據(jù)手冊(cè)單軸抗壓強(qiáng)度選取； ⑤ 凍土發(fā)展速度：參照附近梁寶寺礦井、 金橋 礦井 、 花園礦井 實(shí)際凍土發(fā)展速度，選取霄云主、副井控制層凍土發(fā)展速度砂層向內(nèi) 20mm/d、向外 15mm/d，粘土層向內(nèi)16mm/d、向外 13mm/d。 ⑥ 井幫溫度（控制層）：砂層 Tn=11～ 13℃ ；粘土層 Tn=10～ 12℃ ⑦ 鹽水溫度： Tb=30～ 33℃ ； ⑧ 沖積層 最大孔間距： L≤ 。 ⑨ 強(qiáng)度安全系數(shù)， k=2～ ； ⑩ 掘砌段高，從保證安全和方便施工兩方面考慮， 控制層 暴露段高 300m 以下 取h=～ ； ⑴ 工作面凍結(jié)狀態(tài)系數(shù)； η=√3 （工作面未凍結(jié)時(shí)）～ √3/2 （工作面凍實(shí) 時(shí)）；設(shè)計(jì)取 主井 η=1. η=1. 5； 凍結(jié)壁厚度 由于目前國內(nèi)外對(duì) 400m 以下深厚表土凍結(jié)井凍結(jié)壁厚度設(shè)計(jì)沒有較為成熟的計(jì)算理論，設(shè)計(jì)采用兩種方法計(jì)算凍結(jié)壁厚度：一是通過現(xiàn)有計(jì)算公式計(jì)算；二是采用類比法，與國內(nèi)外已施工的深厚表土凍結(jié)井比較，綜合確定凍結(jié)壁厚度。 ? 現(xiàn)有計(jì)算公式計(jì)算凍結(jié)壁厚度 多姆克公式： E=Ra[（ P/? s） +（ P/? s） 2] 維亞若夫 — 扎列茨基有限段高