【正文】 ： 7 .4 6 4 5 .6 0 2 4 .6 7 53dE ??? = ⑵ 對 ~ 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 ~ 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 。 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。礦井的長期排水，會造成四含水位持續(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。 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 一級高溫區(qū)（ 31℃）平均在 564m 以下，二級高溫區(qū)（ 37℃）平均在 736m 以下；而 970m 水平的平均溫度在 ℃左 右，已達(dá)到二級以上高溫。對工業(yè)場地和生活服務(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。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。 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)造時期，活動是比較明顯的。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。 三含屬沖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。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。土 黃雜灰色，松散含泥質(zhì)團(tuán)塊。根據(jù)巖性組合特征和含水層的富水性，可劃分為四個含水層和三個隔水層。東接郯廬斷裂，西連周口坳陷，北靠蚌埠隆起，南鄰合肥坳陷。 12 第二章 朱集礦主井設(shè)計概況 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)廣場內(nèi)，場地內(nèi)地勢平坦，多為農(nóng)田，無障礙物。都取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，并有 10 所突破和創(chuàng)新。 2. 通風(fēng)降溫技術(shù) 井深地溫升高，勞動條件差，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。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。隨著井筒穿過的表土層厚度增加和地壓加大，對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)計要求。為攻克這一難題，建井界開展了大規(guī)模的現(xiàn)場工程實(shí)測和實(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)識到：井壁破裂主要是由于采礦活動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。 井壁破裂災(zāi)害對有厚表土覆蓋礦區(qū)的開發(fā)、開采構(gòu)成威脅，各級領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)專家多次研討、分析原因、探討對策，但眾說紛 紜 ，由于發(fā)生井壁破裂 災(zāi)害的時間和地區(qū)相對集中，曾懷疑是地震的影響。由于在傳統(tǒng)的對井壁認(rèn)識和經(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)測和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究，作為工程措施的基礎(chǔ)。 40 多年來，我國對凍結(jié)井壁的認(rèn)識和研究經(jīng)歷了三個階段： 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)計原則，僅是外載荷大小不同。剛跨人 21 世紀(jì)，我國煤炭基本建設(shè)又出現(xiàn)了一個新高潮，立井穿過的沖積層厚度和凍結(jié)深度 達(dá)到一個新的增長點(diǎn)。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。共施工 39 個立井井筒，累計凍結(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。在加拿大，這項(xiàng)研究的蓬勃發(fā)展主要起源于對極地多年凍土區(qū)石油、天然氣等資源的開發(fā)。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。進(jìn)入 21 世紀(jì) ，開始了幾個千米井的興建，我國新建深井平均深度已超過千米。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算出相應(yīng)的井壁厚度。目前，我國能源仍有 70%依賴于煤炭。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算出相應(yīng)的井壁厚度。 I 朱集礦主井凍結(jié)壁和井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計 A FREEZE ON THE MAIN SHAFT AND THE SHAFT WALL STRUCTURE DESIGN OF ZHUJI COAL MINE 摘 要 本設(shè)計的主要任務(wù)有兩個，既朱集礦主井的凍結(jié)壁和井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計 。主要設(shè)計理念是采用雙層復(fù)合井壁，內(nèi)層井壁按承受水壓力計算，外層井壁 按承受凍結(jié)壓力計算，全井筒按水土壓力校核。 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，對能源需求越來越大。主井的井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計；主要設(shè)計理念是采 用雙層復(fù)合井壁，內(nèi)層井壁按承受水壓力計算，外層井壁按承受凍結(jié)壓力計算，全井筒按水土壓力校核。 20 世紀(jì) 90 年代中期以來，深井建設(shè)的平均深度有加速增長的趨勢，根據(jù)不同時期前 5 位深井平均的深度統(tǒng)計， 70 年代為 ， 80 年代為 ， 90年代前 5 年為 ，后 5 年為 。目前，我國已建成的井筒，最大凍結(jié)深度 740m口孜東礦凍結(jié)。 20 世紀(jì)初阿拉斯加金礦的開采和 1942 年北美戰(zhàn)備公路的嚴(yán)重凍害的出現(xiàn)，促進(jìn)了對溫度場理論上的較全面研究。凍結(jié)壁和井壁設(shè)計以及打鉆、凍結(jié)、掘砌工藝基本上套用波蘭和前蘇聯(lián)凍結(jié)鑿井的有關(guān)規(guī)程規(guī)范。在凍結(jié)壁溫度場、凍結(jié)壓力、井壁溫度和壁后凍土融化回凍特性、低溫早強(qiáng)混凝土強(qiáng)度增長規(guī)律以及制冷凍結(jié)、鋼筋混凝土雙層井壁、液壓滑模套壁、鋼筋混凝土塑料夾層井壁等試驗(yàn)實(shí)測研究方面取得了一批重要成果，總體技術(shù)水平是初步解決了小于 300 m沖積層凍結(jié)鑿井的設(shè)計和施工難題。 (4). 600 m深厚沖積層凍結(jié)法鑿井研究和應(yīng)用探索階段 (2021 年以來 )。 井壁結(jié)構(gòu)是一種地下工程結(jié)構(gòu)，促進(jìn)其發(fā)展的因素很多，主要是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是采礦工業(yè)的發(fā)展，使得井壁結(jié)構(gòu)不斷的發(fā)展。 70 年代，華東地區(qū)的充州、大屯、徐州、淮南、淮北等礦區(qū)先后開始大規(guī)模開發(fā)，井筒多用凍結(jié)法施工，解決井壁漏水問題更顯緊迫。破 裂高度 1～ 10m左右不等；破裂處多集中在表土與基巖交界處附近，距地面 100m～ 250m；破裂帶漏水，甚至水中帶砂；建井后含水層水位下降 30m～ 90m不等，這一突發(fā)性災(zāi)害，嚴(yán)重影響了礦井的生產(chǎn)，危及礦井的安全，迫使一些礦井停產(chǎn)，如張雙樓煤礦 (設(shè)計年產(chǎn)量 1. 2Mt)、淮北海孜煤礦 (核定年產(chǎn)量 0. 9Mt)、臨渙煤礦 (核定年產(chǎn)量 )等先后停產(chǎn) 2～ 8 個月，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。己有的常規(guī)理論和知識、現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)均不能解釋這一災(zāi)害產(chǎn)生的原因，因而探討治理方法時技術(shù)方向不明。 我國現(xiàn)階段 井壁設(shè)計 方法 及工藝 目前，我國凍結(jié)井筒常用的內(nèi)層井壁結(jié)構(gòu)形式有素混凝土井壁和鋼筋混凝土井壁。 我國自 1982 年 以來，首次在淮南礦業(yè)學(xué)院地下工程結(jié)構(gòu)研究所，針對潘三西風(fēng)井對鋼板混凝土井壁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，但當(dāng)時的研究都是針對鉆井井壁普通混凝土進(jìn)行的。因此， “結(jié)構(gòu)創(chuàng)新 ”將成為深厚沖積層特殊鑿井支護(hù)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。唐口礦 3 個千米井的興建，平均月成井超百 米；僅用 建成實(shí)際生產(chǎn)能力 825 萬 t/a 礦區(qū)的 “濟(jì)北模式 ” ；山東龍固、郭屯，安徽丁集、板集的深厚沖積層特殊鑿井技術(shù)。 統(tǒng)的理論和觀念是 :表土段井壁和巖石段井壁一樣主要承受水平地壓，僅地壓值大小不同，井壁自重等豎向力大部分由地層承擔(dān) .實(shí)際上，在特殊地層條件下井壁在豎向不只承 受自重，還要承受豎直附加力 .對井壁的力學(xué)計算不能簡化為平面力學(xué)問題，而是三維空間力學(xué)同題 .其后，為保障特殊地層條件下，達(dá)到井壁安全，開展井壁研究，在受載組合、井壁結(jié)構(gòu)與設(shè)計原則等方面都取得創(chuàng)新性的進(jìn)展 .但對井壁結(jié)構(gòu)與介傳質(zhì)間藕合作用的研究還剛剛開始，對新型井 11 壁結(jié)構(gòu)的力學(xué)研究還很欠缺，也缺乏實(shí)用時間的考驗(yàn) 。 地質(zhì)概況 水文地質(zhì) 淮南煤田位于華北平原南緣，為近東西向的復(fù)向斜構(gòu)造盆地。本井田內(nèi)含水層由新生界 13 松 散層砂層孔隙水 、 煤系地層砂巖裂隙水和石炭系太原組及奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水三部分組成。二含砂層以中細(xì)砂 、 細(xì)砂為主，底部為中粗砂，含巨粒。見地層結(jié)構(gòu)表 23： 14 表 23 二含地層結(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 4 1 58 主井 4 2 66 風(fēng)井 3 1 56 矸石井 4 2 52 5. 三含頂界埋深 ~, 底界埋深 ~，層組厚~ 19~23 層，累厚 ~，占層組厚度的 65~76％ ，夾土層 17~21 層，累厚 ~，土層單層厚度在 ~ 之間，一般厚 1~5。松散，局部含泥質(zhì)或泥質(zhì)團(tuán)塊，偶含細(xì)礫，底部有細(xì)砂盤厚 。潘集礦區(qū)下部砂礫含水層呈南東 ~北西向條帶分布，以潘集背斜南翼最厚，呈凹槽狀向兩側(cè)及古地形凸起處變薄或尖滅，在凹槽處砂礫層厚達(dá)50~70m，粒徑 10~15mm，最大 250mm，結(jié)構(gòu)疏松致半固結(jié)狀。區(qū)內(nèi)的供水含水層主要為新生界松散層第一含水層（組）和第二含水層（組）。采掘出來的矸石，往往堆積如 山，易產(chǎn)生崩塌，且長期經(jīng)受風(fēng)化、氧化，有害元素經(jīng)雨水淋濾后被遷移擴(kuò)散，污染附近地表水及淺層地下水，大風(fēng)天氣易引起揚(yáng)塵。 ① 煤礦開采產(chǎn)生的主要地質(zhì)災(zāi)害 煤礦正常生產(chǎn)中 ，隨著采空區(qū)的不斷擴(kuò)大，采煤后導(dǎo)致地面塌陷區(qū)是難免的，造成大片農(nóng)田積水。 為保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，礦井在建設(shè)的同時應(yīng)遵循國家“三同時”制度，投資建設(shè)污水處理設(shè)施，選用國內(nèi)先進(jìn)的水處理工藝，把井下排出的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，剩余部分排入河流。特別采掘出來的矸石，往往堆積如山，長期經(jīng)受風(fēng)化、氧化，有害元素經(jīng)雨水淋濾后要遷移擴(kuò)散，污染了附近地表水及淺層地下水。 ② 防止地面沉降速度 新生界松散層第四含水層（組）直接覆蓋煤系地層之上，四含水垂直入滲或突水方式進(jìn)入礦井。對工業(yè)場地和生活服務(wù)區(qū)排放生活污水，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)后排入溝河