【正文】 見的地層由新到老分別為第四系、新近系上新統(tǒng)葡萄溝組、侏羅系中統(tǒng)西山窯組地層。地下水的補(bǔ)給，主要源于大氣降水、雪融水的補(bǔ)給。 侏羅系中統(tǒng)西山窯組：采用檢 檢 5 孔資料取得的數(shù)據(jù)。本次井檢孔抽水試驗(yàn)結(jié)果：單位涌水量 ，滲透系數(shù) ，水位標(biāo)高 ，礦化度，硬度 ， pH值 ，水質(zhì)為 SO4HCO3－ Ca 型。泥巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，膠結(jié)差，易風(fēng)化，遇水易膨脹、崩解。本次井檢孔抽水試驗(yàn)結(jié)果：平均單位涌水量 ，滲透系數(shù) ，水位標(biāo)高 ，礦化度 ，硬度 ， pH 值 ，水質(zhì)為SO4HCO3Cl－ NaCa 型。砂巖分別為粗、細(xì)、粉砂狀結(jié)構(gòu)，成分由長石、少量石英及巖屑組成，泥質(zhì)膠結(jié)，分選差，次棱角～次園狀。這些堆積物雖透水性較好，但不具儲(chǔ)水條件，為透水不含水層。 井檢孔層段主要含水層特征 根據(jù)井筒檢查鉆孔所獲資料，井筒設(shè)計(jì)掘進(jìn)層段穿見的含水層自上而下分為三個(gè)含水層組，即第四系透水不含水層；新近系上新統(tǒng)葡萄溝組含水層；侏羅系中統(tǒng)西山窯組含水層。鉆孔控制地層厚度 ～ 。與下伏地層不整合接觸。與下伏地層不整合接觸。西山窯組地層厚度變化較大，鉆孔控制地層平均厚度 677m，總體呈北厚南薄的變化規(guī)律，井田含煤地層具有北部淺、南部深的特點(diǎn)。 14 7 井筒凈寬（ m） m 8 井筒凈高（ m） m 9 掘進(jìn)荒寬（ m） m 10 掘進(jìn)荒高（ m） m 第二章 井筒地質(zhì)及水文地質(zhì) 地質(zhì)概況 井田內(nèi)地表為大片的第四系、新近系覆蓋區(qū)，地層主要有第四系（ Q）、新近系上新統(tǒng)葡萄溝組（ N2p）、侏羅系中統(tǒng)頭屯河組（ J2t）、侏羅系中統(tǒng)西山窯組（ J2x），石炭系上統(tǒng)梧桐窩子組（ C2wt）。 供電電壓等級為 10kv。 本井田對外公路交通主要是位于礦區(qū)東部南北向通過的 312 國道和正在建設(shè)中的星星峽至吐魯番高速公路，以及在本礦區(qū)西部從魯能大南湖礦區(qū)南北向通過的哈密至羅中公路。 08′ 00″；北緯 42176。 中煤能源哈密煤業(yè)有限公司大南湖十號煤礦井田位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密市東南約 70km 處，行政區(qū)劃隸屬新疆維吾爾自治區(qū)哈密市管轄。 20xx 年 7月，中煤能源伊犁煤電化有限公司在新疆伊犁州察布查爾縣注冊成立，負(fù)責(zé)在伊犁察布查 爾縣煤 第 2 頁 炭、煤電、煤化工項(xiàng)目開發(fā)，公司年產(chǎn) 60 萬噸煤制烯烴項(xiàng)目于 20xx 年 5 月 28日在伊犁州察布查爾縣開工奠基， 600 萬噸 /年煤礦正在進(jìn)行項(xiàng)目可行性研究。 20xx 年 4 月，中煤能源新疆煤電化有限公司在新疆石河子市注冊成立，負(fù)責(zé) 準(zhǔn)東帳南東煤炭、煤電、煤化工項(xiàng)目開發(fā)，公司年產(chǎn) 40 億立方米煤制天然氣項(xiàng)目于 20xx 年 5月 30日在準(zhǔn)東五彩灣工業(yè)園開工奠基，規(guī)劃建設(shè)的 2179。 中國中煤能源股份有限公司新疆分公司（以下簡稱“中煤新疆分公司”）成立于 20xx 年 6月，駐地在烏魯木齊市高新區(qū) ,是中煤集團(tuán)及中煤能源在新疆設(shè)立的分支機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)中煤能源在新疆項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營管理工作，代表中煤能源履行出資人職能。 20xx 年 3月 28日，中煤集團(tuán) 與新疆維吾爾自治區(qū)人民政府簽訂了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，根據(jù)協(xié)議，中煤集團(tuán)將在未來五年內(nèi)，投資不低于1000 億元在吐哈、準(zhǔn)東、伊犁等煤炭資源富集地區(qū)，建設(shè)大型煤炭、發(fā)電、煤化工等項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)園區(qū)，雙方在大型煤炭項(xiàng)目勘探開發(fā)，大型煤電、煤化工項(xiàng)目建設(shè)，煤礦建設(shè)服務(wù)，煤層氣開發(fā)與利用等領(lǐng)域開展全方位合作。 1000MW燃煤電廠、 1200 萬噸 /年煤礦正在作前期準(zhǔn)備工作。此外，中煤新疆分公司擬在烏魯木齊甘泉堡高新工業(yè)園區(qū)建設(shè)甘泉堡 2179。本井田位于哈密市東南 70km 處，行政區(qū)劃屬哈密市管轄。 24′ 30″～ 42176。 礦井建設(shè)規(guī)模 ，服務(wù)年限 。 主斜井凈寬 ，凈高 ，傾角 14176。含煤地層為中侏羅統(tǒng)西山窯組。 本井田所屬的大南湖礦區(qū)屬于新區(qū)，區(qū)內(nèi)尚無生產(chǎn)礦井，大南湖礦區(qū)只有魯能大南湖礦井在建設(shè)中，預(yù)計(jì)明年投入生產(chǎn)；本井田東部的重慶能源礦井正在進(jìn)行籌建，其它勘查區(qū)的地質(zhì)勘查工作尚未完成，各區(qū)的勘查程度不等。鉆孔控制地 層厚度 ～ ，平均 。鉆孔控制地層厚度 ～ ，平均 。 水文地質(zhì)概況 井田水文地質(zhì) 本井田位于大南湖坳陷區(qū)（Ⅲ 8）東北部，區(qū)內(nèi)地層主要由第四系松散巖類、新近系、侏羅系沉積碎屑巖類組成，劃分的依據(jù)主要以巖性組合特征、地層富水性作為含水層（段）的劃分依據(jù)?，F(xiàn)將其水文地質(zhì)條件分述如下： 1）第四系透水不含水層 由粗、中、細(xì)、粉 砂及粉土組成。主檢 5孔：揭露該層厚度為 。呈柱狀、短柱狀、碎塊狀，較堅(jiān)硬 。屬于承壓裂隙富水性弱含水層。呈柱狀、短柱狀、碎塊狀。屬于承壓 裂隙富水性弱含水層。 主斜井井筒涌水量為：葡萄溝組為 252m3/h，西山窯組為 28m3/h，合計(jì)為280m3/h。 進(jìn)入到春季融雪期或夏天的雨季，雪融水或陣雨、暴雨易在地表形成暫時(shí)性地表水流，在順地形坡度或沖溝向下游排泄的同時(shí)，可通過地表風(fēng)化、構(gòu)造裂隙等入滲補(bǔ)給地下水。根據(jù)巖石物理力學(xué)試驗(yàn)成果，對井檢孔位置地層的工程地質(zhì)特征敘述如下： （ 1）松散巖組 埋深為 ～ ，主要為砂質(zhì)粘土、粘土、中細(xì)砂及砂礫石層。散體結(jié)構(gòu)，以Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)面為主，結(jié)構(gòu)面多為泥膜、碎屑和泥質(zhì)物充填。經(jīng)風(fēng)化后巖石力學(xué)性質(zhì)有所降低，略低于新鮮巖石，屬不穩(wěn)固型。 2）粗粒砂巖：厚度為 ，占本組地層厚度 的 %，厚層狀，成分由長石、少量石英及巖屑組成，泥質(zhì)膠結(jié)， RQD 值為 %。巖石物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果顯示 ，其容重 ，含水率 %，抗壓強(qiáng)度（天然 MPa、干燥 ），抗拉強(qiáng)度 ，內(nèi)摩擦角 42176。00′，凝聚力系數(shù) ，普氏硬度系數(shù) ～ ，切線模量 ，泊松比 。 6）泥巖：厚度為 ，占本組地層厚度的 %，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，平坦斷口，易風(fēng)化，遇水易膨脹，呈柱狀、短柱狀，松軟。 主斜井地層結(jié)構(gòu)見 表 、表 、表 表 。 另一方面，在新礦區(qū)開發(fā)中，越來越多地遇到復(fù)雜地層，特別是要穿過厚度不等的表土層，給新井建設(shè)帶來了很大困難。必須采取與普通鑿井法由明顯區(qū)別、更具有施工優(yōu)勢的特殊鑿井法進(jìn)行施工。尤其是地處新疆的大南湖礦井，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，斜井?dāng)嗝娲蟆A角大，同時(shí)冬季施工還要克服低溫對凍結(jié)的影響，這些不利因素，成為凍結(jié)法能否成功應(yīng)用的瓶頸。國外采用凍結(jié)法鑿井較多的國家有英國、德國、波蘭、前蘇聯(lián)、加拿大和比利時(shí)等，這些國家的凍結(jié)鑿井深度均達(dá)到過 500m 以上，但多為含水量和地壓較大的基巖地段，對于深厚沖積層的深井凍結(jié)施工工程并不多見，斜井凍結(jié)施工更是少之又少。但 10 多年前，英國和德國已停止建設(shè)新礦井。在理論研究方面，崔廣心等采用大型立井模擬試驗(yàn)臺，對凍結(jié)壁的徑向變形、外載荷、掘進(jìn)段高 、凍土?xí)r間和時(shí)間等參數(shù)間的關(guān)系，凍結(jié)管變形、應(yīng)力與凍結(jié)壁厚度的關(guān)系進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)研究，獲得了凍結(jié)壁厚度與各參數(shù)間關(guān)系的回歸方程，證實(shí)了凍結(jié)壁整體強(qiáng)度弱是凍結(jié)管斷裂的主要原因。為此打鉆均采用垂直孔，其缺點(diǎn)是打鉆工程量大，占地面積大，因此只適用于淺表土，或原斜井井筒施工用普通法因出事故無法繼續(xù)施工 ，用凍結(jié)法來處理。斜井凍結(jié)水平距離長，凍結(jié)孔多，鹽水 第 12 頁 干管為平行布置，管路比立井井筒復(fù)雜，為此要合理安排鹽水來去路管線，保證各凍結(jié)管能均勻分配到流量。 凍土的熱物理參數(shù) 凍土是由礦物顆粒、冰、未凍水和氣體所組成的四相物體，凍土和未凍土的物理性質(zhì)有很大差別，是由于土中水處在不同相態(tài)時(shí)或者正在發(fā)生相變時(shí)的特性所決定的。 （ KJ/） 它表示物體傳熱的難易程度，凍土導(dǎo)熱系數(shù)與其顆粒礦物成分、顆粒大小、含水量、溫度有關(guān)，同一類型凍土：含水量越大，導(dǎo)熱系數(shù)也就越大；礦物顆粒大，導(dǎo)熱系數(shù)也越大。 影響凍結(jié)壁溫度的主要因素 當(dāng)土體凍結(jié)時(shí)，特別是當(dāng)細(xì)分散土 (如粘性土 )凍結(jié)時(shí)，在土的凍結(jié)溫度下，遠(yuǎn)非所有的水都結(jié)成了冰，而只是其中的一部分變成了冰。凍土中的未凍水含量不僅是計(jì)算相變潛熱的必要指標(biāo)，而且直接制約凍土的力學(xué)特性，其含量隨土類、溫度和外載而變，并與凍結(jié)負(fù)溫值保持冪函數(shù)形式的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。未凍水含量的變化量小于 1%，但 大于 %； 10℃以下為實(shí)際的凍透區(qū)。試驗(yàn)表明，在低含水量條件下，未凍水含量對總含水量有明顯的依賴關(guān)系，當(dāng)含冰量增大時(shí)，這種依賴關(guān)系則不明顯。在給定含水量及無外載條件下土體的凍結(jié)溫度： )lnln(9e x p 0f b wa ???? 式中 f? —— 土體的凍結(jié)溫度，℃； 0w —— 土體的含水量， %； a， b—— 由土質(zhì)決定的常數(shù)，由試驗(yàn)確定。試驗(yàn)表明，當(dāng)土的含水量不同時(shí)，凍結(jié)溫度也不同，其規(guī)律是土的凍結(jié)溫度隨含水量的增加而升高。加上由于鉆孔的偏斜，以及每個(gè)凍結(jié)管在凍結(jié)過程中的差別，實(shí)際形成的凍結(jié)壁是不均勻的，要精確計(jì)算凍結(jié) 壁的平均溫度是困難的。 第三類是通過實(shí)測得出經(jīng)驗(yàn)公式，如斯捷潘諾娃公式，它比較接近實(shí)際， 但由于利用該公式時(shí)需事先掌握凍結(jié)管外壁的溫度情況，而該溫度受凍結(jié)管內(nèi)鹽水運(yùn)動(dòng)狀況、凍結(jié)時(shí)間和凍結(jié)壁厚度等因素的影響，很難精確計(jì)算，加上該公式未考慮井幫凍土溫度對凍結(jié)壁有效厚度的平均溫度的影響，適用范圍也受到一定的限制。凍結(jié)壁平均溫度隨凍結(jié)管直徑的增大而降低，管徑每差 5mm 時(shí) ，凍結(jié)壁平均溫度的差值約為 ℃。 這些特性對凍土來講都是變化的，它們會(huì)隨著土壤構(gòu)造特 性，冷凍溫度，試 第 19 頁 驗(yàn)時(shí)間和其他因素而急劇地變化。 ③試驗(yàn)中的溫度規(guī)律 凍土抗力對溫度變化非常敏感，特別是在水的相態(tài)急劇變化的溫度范圍內(nèi)。 在現(xiàn)場可以用大型直剪、推剪或在室內(nèi)可以用直剪、三軸剪切或球型壓模等方法來求得凍土的抗剪強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)測，一般凍土和常規(guī)土力學(xué)參數(shù)如表 所示。在荷 載作用下，土骨料的個(gè)別地方出現(xiàn)應(yīng)力集中使冰一未凍水體系的平衡狀態(tài)破壞，冰融化以融化的水來補(bǔ)充薄膜水。土結(jié)構(gòu)的損壞先發(fā)生在土結(jié)構(gòu)的缺陷處，即土的骨架聯(lián)結(jié)最薄弱處，隨后隨著土顆粒繼續(xù)位移而迅速擴(kuò)成網(wǎng)狀大裂縫。典型的凍土非衰減蠕變過程共有四個(gè)階段 (圖 )。 出現(xiàn)何種類型的蠕變，決定于荷載的大小，也決定于土的含水 (冰 )量的大小。當(dāng)土的含水量超過某一臨界值時(shí)，冰已成為凍土的基本骨架，土顆?；緫腋≡诒校藭r(shí)，即使在極小荷載作用下，它也和冰一樣 .發(fā)生非衰減蠕變。當(dāng)水從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合鄷r(shí)，土便發(fā)生融化下沉，在有外荷載作用下還會(huì)發(fā)生融化壓縮。土層凍結(jié)量，凍脹量與該土層原始厚度的比值，稱為凍脹率 ( f? ） 第 22 頁 000 01000 100100 ?????? h hhh hf? 式中： 0h — 凍結(jié)前土層的厚度 。在土的自重和外荷載作用下，水逐漸排出，使土進(jìn)一步壓縮下沉。第一步，在等于土自重的荷載的作用下令土充分加熱并融化，定義土層在無側(cè)向壓縮時(shí)融化前后厚度差△ h 為融化下沉量，融化下沉量與土融化前厚度 h 之比 A0為融化下沉系數(shù)。和 a。同樣，在一定的干容重界限以上，土的融化下沉與融化壓縮系數(shù)很小，甚至可以忽略，而在此界限以下，隨著干容重的減小 (空隙比增大 )，融化下沉和融化壓縮系數(shù)在增大。通過室內(nèi)試驗(yàn)得到了正凍土中由溫度梯度引起的水分遷移的驅(qū)動(dòng)力三要素：溫度、未凍水含量和土水勢之間的關(guān)系，提出了水分遷移的經(jīng)驗(yàn)公式。 國內(nèi)外一些學(xué)者認(rèn)為，在深厚沖積層凍結(jié)時(shí)，可使凍結(jié)壁全部進(jìn)入塑性狀態(tài)極限狀態(tài)，以一定的安全系數(shù)來保證凍結(jié)壁的安全度，則 kpRaEs )1)(( e xp 4 ?? ?? 第 24 頁 式中：Φ 4— 系數(shù)，當(dāng)用第三強(qiáng)度理論時(shí)，取值 1:當(dāng)用第四強(qiáng)度理論時(shí)，取值 3 /2； k 安全系數(shù)，取值 ～ 。 推導(dǎo)出公式： hKhE i ii????? 式中： h— 段高， m； K— 安全系數(shù)，為 — ； ?? 凍土松弛強(qiáng)度，取與凍結(jié)壁暴露時(shí)間相一致的凍土長時(shí)抗壓強(qiáng)度，pa。 H， MPa； H—— 設(shè)計(jì)深度， m； au 一一凍結(jié)壁內(nèi)側(cè)最大允許徑向變形， m； h 一一空幫高度， m； t —— 掘砌時(shí)間。 （ 4）根據(jù)測溫孔資料推算 根據(jù)測溫孔資料可推算凍結(jié)壁的厚度，是針對具體凍結(jié)施工條件比較適用的 第 27 頁 一種行之有效的方法，測孔位于內(nèi)側(cè)凍結(jié)壁中時(shí)有： ???????????????? tt rrtrtrtEcdc001lnlnlne x p ~ 1EE ? 測溫孔位于外側(cè)凍結(jié)壁中時(shí)有 ???????????????? tt rrtrtrtEcdc002lnlnlne x p ~ 2EE ? 式中： 0r — 凍結(jié)管的內(nèi)半徑， m； r— 測溫孔中心至凍結(jié)管中心的距離， m； t— 測溫孔實(shí)測溫度，186。在此期間，平面圖上的等溫線是以凍結(jié)管軸心為中心的一組同心圓。凍結(jié)壁中等溫線如圖 所示。假定有