【正文】 、氟和砷等，煤層夾矸主要為泥巖、炭質泥巖中，也同樣含有這些有害元素。燃，而 970m水平以下瓦斯含量較高。 c. 利用煤矸石粉碎制作磚瓦的材料。 凍結壁厚度的計算 結合主井 井筒 地層柱狀圖和朱集礦凍土單軸瞬時抗壓強度實驗數(shù)據取： ~ 粘土層 c? = ~ 粘土層 c? = MPa ~ 礫砂質粘土層 c? = MPa 三段土層為控制凍結壁厚度的土層 。 b. 瓦斯的治理：一是可以采取在地面施工瓦斯抽排放鉆孔，把瓦斯用來做 20 燃料，變害為寶；二是加大井下排風量，降低瓦斯?jié)舛龋瑫r還要 加強監(jiān)測監(jiān)控措施。 本礦井供水水源地應是松散層內第二含水層（組）砂層水，因第二含水層（組）補給條件差，屬于消耗型水源地，長期超量開采地下水，會引起地面不同程度的沉降，因此，控制開采量，一方面使第二含水層（組）水位保持一定高度，另一方面可減緩地面下沉速度。由于井下溫度高，對井下工人工作條件不利，今后生產中都應采取有效地措施。 ⑸ 礦區(qū)有害物質及其它環(huán)境污染 ① 煤礦主要污染源和污染物 大氣污染源和污染物主要來自煤礦鍋爐煙囪排放的煙氣，其次矸子山長期裸露堆放，風吹日曬，塵土飛揚污染大氣。 生產礦井長期開采，第四含水層地下水沿基巖風化帶垂直入滲、補給煤系含水層，或以突水的方式進入礦井。 自公元 294 年以來，許昌～淮南地震帶發(fā)生 級以上地震 14 次，其中 1831年淮南北部的平硪山（明龍山）發(fā)生 級地震，地震震中烈度為 8 度，公元294 年 7 月，淮南八公山發(fā)生 級地震，地震震 中烈度達 7 度。 Mg 潘北礦和朱集礦四含均位于該沙礫層條帶的北緣，潘北礦四含平均厚 ，沙礫 層占組厚的50％，朱集礦工業(yè)廣場四含厚 ~，沙礫層占組厚的 23~45％，以含礫或不含礫的粘土、砂質粘土、鈣質粘土為主，其富水性小于潘北。排泄方式是水平徑流和人工開采，存儲量受區(qū)域調節(jié)。上段底界埋深約 134m，層厚 28，以砂層為主，占 ％，夾砂質粘土 3 層，單層厚~，累厚 ，砂層為中粗粒，多見礫石，礫徑 3~12mm,大者 3~5cm。上段有厚層砂質粘土，灰綠色雜棕黃色，致密局部可塑，含鈣質零星分布。 ~，上部為灰綠色 、 土黃色粘土，多氣孔 、 蟲穴 、植根，夾Φ 5mm 左右砂漿，下部為粉砂，厚度 ，銹黃色，疏松 ~松散，含粉土。水文地質條件受區(qū)域構造及新構造運動的控制，深、淺層地下水存在明顯的差異。礦井設計生產能力 400 萬噸 /年。上述成績，雖然總體上還處于起步階段，尚未形成一套完整的適合我國煤礦深部礦井開發(fā)的先進理論、施工工藝和設備，在建井界的共同努力下，經過 “十一五 ”期間的協(xié)同攻關，在 1000～ 1500m 深立井綜合防治水、井筒鑿砌施工工藝與技術裝備研究，深井支護以及深厚沖積層凍結法和鉆井法鑿井技 術等各方面再上一個新臺階，使我國深井快速建井綜合技術躍居世界 前茅 是完全可能的。另一方面，地溫升高將增加了凍結法施工對凍結壁維護的困難以及鉆井法施工中造成泥漿發(fā)酵而失效等問題，都是實踐中屢次遇到的現(xiàn)象，是深井特殊施工需要解決的新課題 。 北京建井研究所在多年對鉆井法鑿井井壁內外力測量基礎上，進行了鉆井壁后充填與井壁固結效果的研究，進行了鉆井法井 壁與地層摩擦力模型試驗，得出鉆井井壁豎向附加力 值，同時從結構理 論 上開展了約束混凝土井壁的機理研究，提出了在井壁的內圈加鋼板筒，對鋼筋混凝土產生約束作用，可以提高井壁抗御豎向附加力的能力。因此，為了滿足對特厚表土支護的要求，必須要研究凍結井筒新型井壁結構。從此破裂機理出發(fā)，建井界提出了一系列確保井壁破裂的方法。經調研得知：自 1985 年以來，這些地區(qū)處于地震平靜低潮期。這是我國建井 技術的發(fā)展從 “經驗型 ”向 “科研型 ”的重大轉變。林西煤礦風井井筒全深 111. 95m，凈直徑 5m，穿過第四系表土層厚50. 7m，凍結深度 105m，采用 72cm厚缸磚單層井壁，工程進展順利，但解凍后井壁漏水嚴重。一批沖積層厚度不小于 400 m的凍結井筒開工建設，我國深厚沖積層凍結法鑿井又面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇，進人沖積層 600 m凍結法鑿井的理論和施工技術的研究和應用探索階段。其主要原因是凍結壁厚度偏小且強度低、掘砌段高偏大與井幫裸 露時間過長、井壁強度偏低與整體封水性能差、凍結管材質的低溫韌性和接頭密封性差、井壁夾層注漿時間偏早或偏遲、施工管理水平低?？傮w水平是初步掌握了小于 200 m沖積層凍結鑿井的設計和施工技術。上世紀 70 年代，這些國家相繼進入了研究的高潮。 解決東部地區(qū) 600～ 800 m深厚沖積層凍結法、鉆井法鑿井技術以及 1000～1 500 m井筒地面預注漿技術是今后特殊鑿井領域要重點研究的課題。 但在新井建設中，首先面臨著井筒穿越深厚不穩(wěn)定表土地層的技術難題。然后是穩(wěn)定性 、 強度的驗算和配筋的計算等，主要有：井壁環(huán)向穩(wěn)定性的驗算，內外層井壁環(huán)向配筋的計算和按吊掛力計算的外層井壁的抗裂驗算和豎向抗拉鋼筋的配筋計算。 我國煤炭 資源豐富但 煤炭生產的缺口很大，煤炭深部資源開采問題日益突出，建設一批新的大型、特大型礦井已是我國經濟建設和發(fā)展的必須。然后是井壁的穩(wěn)定性 、 強度驗算以及配筋計算等，主要計算內容有：井壁環(huán)向穩(wěn)定性的驗算，內外層井壁環(huán)向配筋的計算和按吊掛力計算的外層井壁的抗裂驗算和豎向抗拉鋼筋的配筋計算。設計內容一共分為四章，分別為：第一章主要介紹國內外凍結壁和井壁結構設計的發(fā)展歷程，包括：設計理念的形成 、 實踐，在我國的的引進發(fā)展，和對更深層次設計思想的探索等。第四章是主井的井壁結構設計。我國煤炭資源埋藏深度在 1000～ 2021m 的約占總儲量的%。凍結壁平均溫度的計算，主要是利用體平均溫度的計算方法。煤炭生產的缺口很大，煤炭深部資源開采問題日益突出，建設一批新的大型、特大型礦井已是我國經濟建設和發(fā)展的必須。對煤礦井筒施工來說，穿越表土地層深度的大小是反映井筒施工技術水平高低的一個重要標志，凍結表土地層深度的大小又是反映凍結技術水平高低的一個重要標志，目前各主要使用凍結法鑿井國家的最大凍結深度如下：英國為 930m，加拿大 915m，波蘭 725m，中國 740m，比利時 638m，德國 628m，前蘇聯(lián) 620m，法國 550m，荷蘭 338m。 北美西北歐 的一些國家和地區(qū)，與前蘇聯(lián)一樣，出 于自然資源的開發(fā)需要，也推動了凍土溫度場及其相關學科的研究進展。 50 多年的 凍結法鑿井發(fā)展過程如下： (1).引進推廣階段 (1955～ 1962 年 )。共施工了 281 個立井井筒，累計凍結井筒延米近 50 000m，沖積層最大厚度為 m，凍結最大深 度 415 m。至此，深厚沖積層凍結法鑿井的整體技術達到國際先進水平。 我國 井壁結構型式和凍結井壁的發(fā)展 概況 我國在不穩(wěn)定淺表土層中，現(xiàn)行井壁結構型式主要有以下幾種： 1)素混凝土井壁； 2)鋼筋混凝土井壁； 3)內層鋼板～鋼筋混凝土復合井壁； 4)雙層鋼板混凝土復合井壁。 第二階段 (70 年代末期到 1987 年 )，其特征是：通過現(xiàn)場實測和實驗研究獲得雙層井壁漏水的原因和機理，并在工程實踐基礎上為解決井壁漏水提出了技術 6 方向和措施。 第三階段， （ 1987 年 7 月以來 ） ，華東地區(qū)的淮北、大屯、徐州、充州等礦區(qū)先后有 40 多個在特厚表土層中建設的立井井壁發(fā)生橫向破裂災害，其共同特征是：井筒裝備異常變形，排水管、罐道縱向彎曲，甚至造成卡罐事故，罐道梁向上彎曲，呈現(xiàn)井筒下沉特征，工業(yè)場地均有沉降，井壁均為橫向環(huán)狀破裂，內壁混凝土呈楔形塊狀剝落，內側縱向鋼筋向井內外凸彎曲、環(huán)向鋼筋間距減??；破裂時伴有聲響。還有一些專家根據井壁破裂的特征，分析認為有一個向下的豎 向 力導致井壁破裂，但這個力是如何產生的 ?有多大 ?影響因素是什么 ?不得而知。 為了提高內層井壁的強度，德國采用鋼板 (單或雙 )與鋼筋混凝土復合，英國采用鑄鐵丘 賓 筒 、雙層鋼板混凝土復合并壁， 丘 賓筒井壁是前蘇聯(lián)等歐洲國家所常用的、初期用鋼筋混凝土材料，以后發(fā)展為鑄鐵或鋼丘賓筒井壁，具有強度高、柔性好等優(yōu)點。 深厚表土層凍結井筒內層鋼板高強鋼筋混凝土復合井壁承載力明顯高于高強鋼筋混凝土井壁，因此，在深凍結井筒內壁下部當高強鋼筋混凝土井壁結構不能滿足強度要求時，深厚表土層凍結井筒內層鋼板高強鋼筋混凝土復合井壁就理所當然地成為首選。對于深厚沖積層的支護問題就更為突出，深 600m左右沖積層凍結法施工凈直徑 6～ 7m的井筒，井壁總厚度一般都超過 2m，隨著深度的增加，井壁加厚不但造價高、施工困難而且結構不合理，因為厚壁筒結構的厚徑比大于一定值后，材料效率急劇下降；鉆井法鑿井由于受懸浮下沉安裝基本 工藝的限制，井壁太厚浮不起來，就失去了鉆井法實施的可能性。近年來通過引進學習國際上先進技術的基礎上，研究開發(fā)了適合我國條件的深井掘砌工藝和機械設備，取得了較大的進步。 3. 1987 年以來，在華東地區(qū)，先后有 30 幾個厚表土層中豎井井壁發(fā)生橫向環(huán)狀破裂，嚴重影響 安全和生產 .經數(shù)年研究發(fā)現(xiàn)，在厚表土層中，含水層直接覆蓋在煤系地層的條件下 (常稱“特殊地層”條件 )，由于采礦活動 (或人工抽水 )造成含水層疏排水，水位下降、地層有效應力增加而固結壓縮，地層下沉 .在地層下沉過程中對井壁外壁施加一個向下的豎直附加面力 (簡稱“豎直附加力” )是造成井壁破壞的主要原因，這是對特殊地層條件下井壁工況和受載理論和觀念上的一個突破 。工廠內的永久設備總機庫和機修車間可作為凍結站房用。 朱集礦井煤系地層為二疊系山西組和上 、 下石盒子組，第四系松散層厚度~，平均厚度 ，厚度變化規(guī)律隨古地形由東向西北逐漸增厚，基本沿古地形向西北傾斜，局部地段稍有起伏。詳見地層結構表 22： 表 22 一隔地層結構表 檢查孔 埋深 厚度 砂層 土層 土占百分數(shù)（ ﹪ ） 頂界 底界 層數(shù) 累厚 層數(shù) 累厚 副井 1 100 主井 3 4 88 風井 4 5 72 矸石井 1 100 左右，層厚 ~，夾土層 1~2 層，單層粘土厚度較大。二隔土層分布比較均勻，在不破壞水力均衡條件下，具有隔水作用。砂層多為細砂，間夾中砂，灰綠色雜銹黃色，灰白色。詳見各孔四含分段巖性特征對照表。 Mg 型（詳見水質分析資料匯總表）屬受輕度污染水質 。 ② 煤礦開采后對環(huán)境影響 煤礦生產開采后會對環(huán)境造成下列影響：地面沉降、噪聲污染、礦井排水和工業(yè)場地及生活服務區(qū)的生活污水會對地表水和淺層地下水造成不同程度的污染。不存在發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的現(xiàn)象，但煤層開采以后存在地表沉降、地面塌陷及水資源遭受破壞等地質災害。矸子山經長期雨水淋濾后，一般呈酸性水流入河流或下滲到淺層地下水中，亦會造成地表水和地下水不同程度的污染，從而造成水質變差、土壤污染， 魚 類死亡，植被萎縮，給礦區(qū)和周邊居民的生產生活帶來威脅。由于煤層采掘上來，不能馬上運走，需要堆放一定時間。 ⑸ 礦井環(huán)境地質問題的治理方法和措施 ① 控制大氣污染和噪音 鍋爐排放出的大氣污染物，應該采用高效除塵器進行消煙除塵，對產生噪音的污染源可安裝消聲器使 噪聲降低。 ④ 礦井水 的 綜合 利用 礦井水不斷排至地表，如果把這些水任意排放到河、溝里，將會造成地表水體（河流、水溝）的污染，應該把井下出水直接排入礦井水凈化站，采 取凈化處理，處理后礦井水部分用于選煤廠洗煤用水或工業(yè)場地非生活用水，剩余部分排放入溝河。 ⑴ 對 ~ 粘土層 c? = ① 由多姆克公式按第三強度理論 d ssPPEa ????? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 式中： dE ：凍結壁厚度 m a：凍結壁內半徑 m p：為地壓 取 p =，（ H 為深度， m） MPa s? ：為凍土的塑性極 限，用長時抗壓強度 c? 代替 本式中： a= p= = MPa s? 取 c? = MPa 帶入上式可得： 23 . 5 7 3 7 3 . 5 7 3 73 . 8 0 . 2 9 2 . 34 . 1 4 4 . 1 4dE??? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? = ② 由多姆克公式按第四強度理論 d ssPPEa ????? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 23 = 23 . 5 7 3 7 3 . 5 7 3 73 . 8 0 . 5 6 1 . 3 34 . 1 4 4 . 1 4??? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? = ③ 由經驗公式： dE aH??? 式中： dE ：凍結壁厚度 m a：井筒掘進半徑 m H：凍結壁計算深度 m ? 、 ? 經驗常數(shù)， ? =， ? = 帶入上式： 0. ? ? ? = 由①②③得到