【正文】 ......... 2 我國(guó)建井發(fā)展概況 .............................................................................................. 2 國(guó)外凍結(jié)法鑿井的研究現(xiàn)狀 ................................................................................ 2 我國(guó)凍結(jié)法立井施工技術(shù)發(fā)展歷程 ...................................................................... 3 井壁結(jié)構(gòu)概況 ..................................................................................................... 4 我國(guó)井壁結(jié)構(gòu)型式和凍結(jié)井壁的發(fā)展概況 ............................................................ 5 國(guó)外凍結(jié)井壁發(fā)展概況 ....................................................................................... 7 我國(guó)現(xiàn)階段井壁設(shè)計(jì)方法及工藝 ......................................................................... 7 深井施工需要研究的幾個(gè)課題 ............................................................................. 9 設(shè)計(jì)研究中存在的一些問題 .............................................................................. 10 第二章 朱集礦主井設(shè)計(jì)概況 .......................................................................................... 12 井筒概況 .......................................................................................................... 12 地質(zhì)概況 .......................................................................................................... 12 水文地質(zhì) .................................................................................................. 12 環(huán)境地質(zhì) ............................................................................................. 16 第 三章 朱集礦主井凍結(jié)壁設(shè)計(jì) ...................................................................................... 21 凍結(jié)方案的選擇 ................................................................................................ 22 凍結(jié)壁厚度的計(jì)算 ............................................................................................ 22 凍結(jié)壁平均溫度的計(jì)算 ..................................................................................... 25 鉆孔施工 .......................................................................................................... 26 第四章 朱集礦主井井壁設(shè)計(jì) .......................................................................................... 32 計(jì)算原則 .......................................................................................................... 32 確定井壁厚度 ................................................................................................... 32 井壁環(huán)向穩(wěn)定性驗(yàn)算 ......................................................................................... 35 井壁圓環(huán)受均壓時(shí)的強(qiáng)度驗(yàn)算和內(nèi)外層井壁配計(jì)算 ............................................ 36 按吊掛力計(jì)算外層井壁豎向鋼筋及抗裂驗(yàn)算 ...................................................... 40 結(jié)論 ............................................................................................................................... 44 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 45 致謝 ..................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。文中：主井的凍結(jié)壁設(shè)計(jì)；主要包括：凍結(jié)壁厚度的計(jì)算，凍結(jié)壁平均溫度的計(jì)算。 隨著我國(guó)國(guó)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。 目前，我國(guó)通過深厚表土地層的鑿井方法主要有凍結(jié)法和鉆井法。 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(guó) 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。隨著沖積層厚度和凍結(jié)深度較快增長(zhǎng)，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(zhǎng)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。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。 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。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。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。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。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(rùn)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) 。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。 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(guó)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。國(guó)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(guó)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。(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 。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)。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。 ~，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。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。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 ~。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~。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。 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 。 建設(shè)部以建標(biāo) [2021]156 號(hào)文頒發(fā)了，《關(guān)于發(fā)布國(guó)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 。 隨著生產(chǎn)時(shí)間的增長(zhǎng)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(zhǎng)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。 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。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 b. 含炭的煤矸石粉碎做燒窯或發(fā)電燃料等。 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)。 21 第三章 朱集礦主井 凍結(jié)壁設(shè)計(jì) 基本數(shù)據(jù) ：井筒凈直徑： 凍結(jié)深度： 399m 鹽水溫度： 32℃ 表土層厚度： 主井 井筒特征 表：