【正文】 ③ 由經(jīng)驗(yàn)公式： dE aH??? 式中： dE ：凍結(jié)壁厚度 m a：井筒掘進(jìn)半徑 m H：凍結(jié)壁計(jì)算深度 m ? 、 ? 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)， ? =， ? = 帶入上式： 0. ? ? ? = 由①②③得到： 7 .4 6 4 5 .6 0 2 4 .6 7 53dE ??? = ⑵ 對(duì) ~ 粘土層 c? = MPa 同理：①由多姆克公式按第三強(qiáng)度理論 d ssPPEa ????? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 20 . 0 1 3 3 0 2 . 1 5 0 . 0 1 3 3 0 2 . 1 53 . 8 0 . 2 9 2 . 35 . 3 3 5 . 3 3????? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? = ② 由多姆克公式按第四強(qiáng)度理論 d ssPPEa ????? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 20 . 0 1 3 3 0 2 . 1 5 0 . 0 1 3 3 0 2 . 1 53 . 8 0 . 5 6 1 . 3 35 . 3 3 5 . 3 3??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? = ③ 由經(jīng)驗(yàn)公式： dE aH??? 0 .6 10. 04 3. 8 30 2. 15? ? ? = 則： 6 .3 1 6 4 .3 1 3 4 .9 5 23dE ??? = ⑶ 對(duì) ~ 礫砂質(zhì)粘土層 c? = MPa ① 由多姆克公式按第三強(qiáng)度理論 24 d ssPPEa ????? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 20 . 0 1 3 3 2 3 . 4 0 0 . 0 1 3 3 2 3 . 4 。 主井表土層深度 為 ，新生界深部厚粘土層單層厚度較大、埋藏深、單軸抗壓強(qiáng)度低、蠕變特性顯著，為了確保井筒安全連續(xù)施工和上部快速施工的要求，確定主井井筒 采用 一次 全深 凍結(jié)方案， 采用外 、 中 、 內(nèi)三圈孔共同運(yùn)轉(zhuǎn)的施工方法 ，外圈凍結(jié)孔為主凍結(jié)孔，采用差異凍結(jié)。 ⑤ 井下高溫和瓦斯的治理 a. 礦井熱害防治的措施很多，歸納起來主要有兩種類型：一是非制冷降溫措施主要包括選擇合理的開拓方式，增大通風(fēng)量、改革通風(fēng)形式、采煤工藝；另一種是采用機(jī)械制冷降溫。 b. 含炭的煤矸石粉碎做燒窯或發(fā)電燃料等。礦井的長期排水，會(huì)造成四含水位持續(xù)下降，從而導(dǎo)致地面產(chǎn)生沉降，必須采取合理防治措施，如通過鉆孔向四含灌水使四含水位升高或保持一定高度，從而防止地面繼續(xù)沉降。瓦斯含量隨著煤層埋深的增加，其瓦斯含量有逐漸增大的趨勢(shì)，煤層埋深 970m水平以上瓦斯含量平均值 ～ m3/t ③ 井下熱害 本井田的恒溫帶深度是 30m，溫度為 ℃，溫度梯度為 ～ ℃ /百 m；平均 ℃ /百 m 一級(jí)高溫區(qū)（ 31℃）平均在 564m 以下，二級(jí)高溫區(qū)（ 37℃）平均在 736m 以下；而 970m 水平的平均溫度在 ℃左 右，已達(dá)到二級(jí)以上高溫。 噪聲污染源：主、副井塔提升機(jī)房，風(fēng)扇機(jī)房，壓風(fēng)機(jī)房，坑木加工廠，機(jī)修廠等各生產(chǎn)系統(tǒng)噪聲源。對(duì)工業(yè)場(chǎng)地和生活服務(wù)區(qū)排放生活污水，更不能任意排放，應(yīng)通過污水管網(wǎng)匯集至污水處理站，污水處理達(dá)標(biāo)后排入河流。 隨著生產(chǎn)時(shí)間的增長和規(guī)模的擴(kuò)大，從生產(chǎn)礦井運(yùn)送出來的煤矸石越來越多，矸石堆積的地面面積和高度也將不斷增大增高，加之長期的暴露在空氣中風(fēng) 18 化、氧化，遇大風(fēng)下雨容易造成坍塌。位于塌陷區(qū)內(nèi)的道路、民用建筑和水利設(shè)施遭受不同程度的破壞。 建設(shè)部以建標(biāo) [2021]156 號(hào)文頒發(fā)了，《關(guān)于發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)〈建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范〉的通知》按《設(shè)計(jì)規(guī)范》 條的規(guī)定，淮南抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)基本地震 動(dòng)峰值 加速度為 ，設(shè)計(jì)地震分組為第一組 。 ⑵ 地震與礦區(qū)穩(wěn)定性 根據(jù)已掌握的地震歷史資料，淮南市屬于許昌～淮南地震帶，從地震活動(dòng)性、斷裂構(gòu)造、地形變化及第四紀(jì)地質(zhì)、地貌等方面的情況來看，許昌～淮南地震帶 17 在新構(gòu)造時(shí)期，活動(dòng)是比較明顯的。 Ca 型，第一含水層（組）淺部地下水已受到人們生產(chǎn)生活的輕度影響，但污染程度低，水質(zhì)大多數(shù)比較好，但是局部地段受污染嚴(yán)重 。目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民主要以開采淺 部的第一含水層（組）地下水作為生活和農(nóng)業(yè)用水，因其埋藏淺而易受污染，據(jù)所采小井水樣化驗(yàn)資料分析，水質(zhì)多數(shù)屬 HCO3Na在井田南部有潘一、潘二、潘三等生產(chǎn)礦井，區(qū)內(nèi)的主要污染源來自于鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民的生活垃圾、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥、化肥及空氣中的污染主要來自周邊生產(chǎn)礦井煤矸石山風(fēng)化揚(yáng)塵。富水性隨沙礫層厚度與含泥量的多少變化，凹槽內(nèi)左右，兩側(cè)一般小于 1L∕ sm。見地層結(jié)構(gòu)表 25： 表 25 三隔地層結(jié)構(gòu)表 檢查孔名 稱 埋深 厚度 砂層 土層 砂層占百分?jǐn)?shù) （ ％ ） 頂界 底界 層數(shù) 累厚 層數(shù) 累厚 副井 ＼ ＼ 1 100 主井 1 2 89 風(fēng)井 ＼ ＼ 3 100 矸石井 ＼ ＼ 1 100 ~，底界埋深 ~，層組厚~。 三含屬?zèng)_積平原型孔隙承壓水，上部二隔土層厚度較小，在區(qū)域范圍內(nèi)三含與二含存在水力聯(lián)系，三含補(bǔ)給來源以二含的越流補(bǔ)給為主，次為水平徑流補(bǔ)給。砂層多為細(xì)砂，銹黃色雜灰綠色，一般呈松散狀，局部密實(shí)，夾薄層細(xì)砂盤，厚 ~。三含總厚 160 余米，按地層結(jié)構(gòu)和巖性可分為上 、 中 、 下三段。排泄方式主要是人工開采 、 側(cè)向水平徑流以及向中上層段砂層的越流補(bǔ)給。土 黃雜灰色，松散含泥質(zhì)團(tuán)塊。 ~，厚度 ~，副井 、 矸石井為單一土層，主井 、 回風(fēng)井夾 3~4 層薄層粘土質(zhì)砂和細(xì)砂，土層占層組厚度的 72~100﹪，一隔為厚層粘土、砂質(zhì)粘土，灰綠色雜銹黃色，密實(shí) ~致密，含砂質(zhì)不均，性韌，可塑上中部有 Φ 3~5mm 砂礓，大者 8~15mm。根據(jù)巖性組合特征和含水層的富水性，可劃分為四個(gè)含水層和三個(gè)隔水層。流量受季節(jié)控制，起排洪蓄水兼顧，對(duì)淺層地下水起補(bǔ)給作用。東接郯廬斷裂，西連周口坳陷，北靠蚌埠隆起，南鄰合肥坳陷。井筒主要技術(shù)特征見下表： 表 21 井筒直徑與沖積層厚度 序號(hào) 項(xiàng)目名稱 單位 主井 副井 回風(fēng)井 矸石井 1 井筒凈直徑 m 2 沖積層厚度 m (2) 施工條件 礦方提供 6KV 電源接口，進(jìn)場(chǎng)臨時(shí)道路已經(jīng)具備，水源由礦方提供，其他現(xiàn)場(chǎng)施工條件施工單位自行考慮，礦方予以協(xié)調(diào)。 12 第二章 朱集礦主井設(shè)計(jì)概況 井筒概況 （ 1）基本 概況 朱集礦位于安徽省淮南市潘集區(qū)境內(nèi)，距洞山約 38km，井筒位于礦井工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)平坦，多為農(nóng)田，無障礙物。(3)對(duì)凍土單試件強(qiáng)度研究較多，對(duì)凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的研究有待深入 。都取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，并有 10 所突破和創(chuàng)新。國內(nèi)外也有采用地層凍結(jié)的方法來解決局部水的問題，如我國山東郭屯礦沖積層厚 583～ 587m，井深 853～ 884m，由于靠近沖積層的巖層水大，采取加大凍結(jié)深度到 702m的方法來解決該層水的問題。 2. 通風(fēng)降溫技術(shù) 井深地溫升高，勞動(dòng)條件差，設(shè)備使用效率低，因此在深井掘砌施工中，加強(qiáng)通風(fēng)降溫技術(shù)的研究，就顯得格外突出。 深井 施工 需要研究的幾個(gè)課題 1. 深井支護(hù)技術(shù) 井深地壓大，巖石軟巖化，致使一般支護(hù)技術(shù)難于適應(yīng)，在國內(nèi)幾個(gè)超千米深井的實(shí)踐中，總結(jié)出一些富有特色的深井支護(hù)方法。近幾年的實(shí)踐證明，在特厚表土層中建井，要求井壁結(jié)構(gòu)具有較高的承載力，但井壁又不能太厚，提高井壁結(jié)構(gòu)中混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是解決這一矛盾的重要途徑，在鋼板復(fù)合井壁中采用高強(qiáng)混凝土，不論從經(jīng)濟(jì)角度還是技術(shù)角度考慮都是 十 分可行的。外層結(jié)構(gòu)受力變形，將力傳遞給內(nèi)層鋼板，而鋼板在承受外力的條件下，又以徑向力的形式，反 作用于外層混凝土筒體，使其內(nèi)側(cè)產(chǎn)生徑向約束壓應(yīng)力，從而減小了混凝土內(nèi)側(cè)徑向應(yīng)變，當(dāng)該徑向應(yīng)力達(dá)到一定值后，內(nèi)側(cè)徑向應(yīng)變小于混凝土的極限值，井壁就不會(huì)過早地發(fā)生保護(hù)層脫落和破壞。隨著井筒穿過的表土層厚度增加和地壓加大，對(duì)井壁承載力也提出了更高的要求，現(xiàn)行的井壁結(jié)構(gòu)承載力已難以滿足設(shè)計(jì)要求。這種井壁結(jié)構(gòu)各層從外向內(nèi)依次為：水泥砂漿充填層、混凝土預(yù)制塊加可壓縮木墊板構(gòu)成臨時(shí)外壁、瀝青層，密封防水鋼板筒 6mm～ 10mm 厚 (內(nèi)層涂薄層瀝青層 )，鋼筋混凝土內(nèi)壁為永久井壁，沿縱向可彎曲， 3m 為一段高，中間涂以潤滑 油作施工縫，這種井壁的最大優(yōu)點(diǎn)是兼有可彎曲、可滑動(dòng)和可壓縮的特 點(diǎn) 。為攻克這一難題，建井界開展了大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室 模擬試驗(yàn)、模型試驗(yàn)研究，經(jīng)過多年的研究終于認(rèn)識(shí)到：井壁破裂主要是由于采礦活動(dòng)或人為疏排水使含水層水位下降，土體有效應(yīng)力增加，土層固結(jié)壓縮，造成地層下沉，地層在下沉過程中給井筒外壁施加了一個(gè)方向向下的豎直附加面力，該力是導(dǎo)致井筒破裂的主要原因。也有的專家懷疑是 7 井壁工程質(zhì)量欠佳，經(jīng)對(duì)已破裂井壁施工質(zhì)量資料分析，確有質(zhì)量差的井壁發(fā)生破裂，而質(zhì)量好的一些井壁也發(fā)生了破裂，個(gè)別質(zhì)量差的井壁還未發(fā)生破裂，因而用工程質(zhì)量難以解釋這一現(xiàn)象，但認(rèn)為質(zhì)量是一個(gè)因素。 井壁破裂災(zāi)害對(duì)有厚表土覆蓋礦區(qū)的開發(fā)、開采構(gòu)成威脅，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)專家多次研討、分析原因、探討對(duì)策，但眾說紛 紜 ，由于發(fā)生井壁破裂 災(zāi)害的時(shí)間和地區(qū)相對(duì)集中，曾懷疑是地震的影響。發(fā)現(xiàn)并認(rèn)識(shí)了凍結(jié)井壁漏水機(jī)理后，為解決該問題的技術(shù)路線指出了方向：主要是消除溫度應(yīng)力，使內(nèi)壁無裂縫。由于在傳統(tǒng)的對(duì)井壁認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上所提出的技術(shù)措施未能如愿，促使建井界轉(zhuǎn)向開展工程實(shí)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究，作為工程措施的基礎(chǔ)。邢臺(tái)煤礦主井通過表土層厚 248. 3m，凍結(jié)深度 260 m，井壁厚 ～ ，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C20～ C30，但工程完成后，仍有大于工程要求的淋水。 40 多年來，我國對(duì)凍結(jié)井壁的認(rèn)識(shí)和研究經(jīng)歷了三個(gè)階段： 第一階段 (從 1955 年我國首次在開灤礦區(qū) 林西煤礦風(fēng)井采用凍結(jié)法鑿井至70 年代末 )，其特征是 ： 沿用巖石段井壁的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)原則，僅是外載荷大小不同。 井壁結(jié)構(gòu)概 況 5 在整個(gè)礦井建設(shè)中，井筒工程量為礦井總工程量的 3%～ 8%，耗用的投資為礦井總投資的 10%～ 21%，施工工期即占礦井總工期的 30% ～ 55%；而凍結(jié)段對(duì)施工安全要求較高從而又是井筒施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)；因此在確保安全的前提下提高凍結(jié)段的施工速度是控制井筒施工工期乃至礦井建設(shè)總工期的關(guān)鍵。剛跨人 21 世紀(jì)，我國煤炭基本建設(shè)又出現(xiàn)了一個(gè)新高潮，立井穿過的沖積層厚度和凍結(jié)深度 達(dá)到一個(gè)新的增長點(diǎn)。這一階段共施工了110 個(gè)立井井筒，累計(jì)凍結(jié)井筒延米超過 20210 m，最大沖積層厚度為 383 m，凍結(jié)深度為 435 m。這期間經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)并存，隨著沖積層厚度不斷增大，地壓、水壓、施工難度增大，凍結(jié)管斷裂、井壁壓壞、井壁漏水仍然突出，雖在防治措施上取得了不少經(jīng)驗(yàn)，但未得到有效的根治，所以工程事故較多。隨著沖積層厚度和凍結(jié)深度較快增長，凍結(jié)管斷裂、井壁壓壞和井壁漏水量超標(biāo)現(xiàn)象不斷發(fā)生，輕則延長工期和提高工程造價(jià)，重則導(dǎo)致凍結(jié)壁或井壁破裂透水淹井，危及施工安全，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。共施工 39 個(gè)立井井筒，累計(jì)凍結(jié)井筒 3 582 m，沖積層最大厚度 154. 8 m，凍結(jié)最大深度 162 m。 我國 凍結(jié)法立井施工技術(shù)發(fā)展歷程 自 1955 年從波蘭引進(jìn)凍結(jié)鑿井技術(shù)并開鑿了開灤煤礦林西風(fēng)井首次應(yīng)用成功后，很快在河北、安徽、江蘇、山東、河南、山西、遼寧、黑龍江、內(nèi)蒙占、吉林等省區(qū)推廣應(yīng)用。在加拿大，這項(xiàng)研究的蓬勃發(fā)展主要起源于對(duì)極地多年凍土區(qū)石油、天然氣等資源的開發(fā)。 20世紀(jì) 70年代后，計(jì)算機(jī)和數(shù)值方法在前蘇聯(lián)凍土領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，使以前許多難以解決的具有復(fù)雜幾何形狀和地質(zhì)條件、考慮熱質(zhì)交換的非線性問題在深度和廣度上都有了新的發(fā)展。我國已成為世界上采用凍結(jié)法鑿井最多的國家和凍結(jié)深度最大的國家之一。 目前，我國通過深厚表土地層的鑿井方法主要有凍結(jié)法和鉆井法。進(jìn)入 21 世紀(jì) ，開始了幾個(gè)千米井的興建，我國新建深井平均深度已超過千米。 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對(duì)能源需求越來越大。確定井壁厚度，主要是根據(jù)井筒地質(zhì)柱狀圖，把表土段土層分成三層，每一層又按內(nèi)外層井壁各自承受的力分別計(jì)算出相應(yīng)的井壁厚度。文中：主井的凍結(jié)壁設(shè)計(jì)；主要包括：凍結(jié)壁厚度