【正文】 對(duì)工業(yè)場(chǎng)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。特別采掘出來(lái)的矸石，往往堆積如山，長(zhǎng)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。 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。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）。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 。二含砂層以中細(xì)砂 、 細(xì)砂為主，底部為中粗砂，含巨粒。 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。唐口礦 3 個(gè)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(wàn) 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)。 我國(guó)自 1982 年 以來(lái)，首次在淮南礦業(yè)學(xué)院地下工程結(jié)構(gòu)研究所，針對(duì)潘三西風(fēng)井對(duì)鋼板混凝土井壁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，但當(dāng)時(shí)的研究都是針對(duì)鉆井井壁普通混凝土進(jìn)行的。己有的常規(guī)理論和知識(shí)、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(shí)技術(shù)方向不明。 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。 (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(lái) )。凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)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。目前，我國(guó)已建成的井筒，最大凍結(jié)深度 740m口孜東礦凍結(jié)。主井的井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；主要設(shè)計(jì)理念是采 用雙層復(fù)合井壁，內(nèi)層井壁按承受水壓力計(jì)算，外層井壁按承受凍結(jié)壓力計(jì)算，全井筒按水土壓力校核。主要設(shè)計(jì)理念是采用雙層復(fù)合井壁，內(nèi)層井壁按承受水壓力計(jì)算，外層井壁 按承受凍結(jié)壓力計(jì)算，全井筒按水土壓力校核。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。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。我國(guó)已成為世界上采用凍結(jié)法鑿井最多的國(guó)家和凍結(jié)深度最大的國(guó)家之一。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。剛跨人 21 世紀(jì)，我國(guó)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(zhǎng)點(diǎn)。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)。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。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。都取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，并有 10 所突破和創(chuàng)新。東接郯廬斷裂，西連周口坳陷，北靠蚌埠隆起，南鄰合肥坳陷。土 黃雜灰色，松散含泥質(zhì)團(tuán)塊。 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(lái)源以二含的越流補(bǔ)給為主，次為水平徑流補(bǔ)給。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。 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。 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(lái)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。 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(huì)造成地表水體（河流、水溝）的污染，應(yīng)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(chǎng)地非生活用水，剩余部分排放入溝河。由于煤層采掘上來(lái)，不能馬上運(yùn)走，需要堆放一定時(shí)間。不存在發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害。 Mg 型（詳見水質(zhì)分析資料匯總表）屬受輕度污染水質(zhì) 。砂層多為細(xì)砂，間夾中砂，灰綠色雜銹黃色，灰白色。詳見地層結(jié)構(gòu)表 22： 表 22 一隔地層結(jié)構(gòu)表 檢查孔 埋深 厚度 砂層 土層 土占百分?jǐn)?shù)（ ﹪ ） 頂界 底界 層數(shù) 累厚 層數(shù) 累厚 副井 1 100 主井 3 4 88 風(fēng)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。工廠內(nèi)的永久設(shè)備總機(jī)庫(kù)和機(jī)修車間可作為凍結(jié)站房用。近年來(lái)通過引進(jìn)學(xué)習(xí)國(guó)際上先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了適合我國(guó)條件的深井掘砌工藝和機(jī)械設(shè)備，取得了較大的進(jìn)步。 深厚表土層凍結(jié)井筒內(nèi)層鋼板高強(qiáng)鋼筋混凝土復(fù)合井壁承載力明顯高于高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁，因此，在深凍結(jié)井筒內(nèi)壁下部當(dāng)高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，深厚表土層凍結(jié)井筒內(nèi)層鋼板高強(qiáng)鋼筋混凝土復(fù)合井壁就理所當(dāng)然地成為首選。還有一些專家根據(jù)井壁破裂的特征，分析認(rèn)為有一個(gè)向下的豎 向 力導(dǎo)致井壁破裂，但這個(gè)力是如何產(chǎn)生的 ?有多大 ?影響因素是什么 ?不得而知。 第二階段 (70 年代末期到 1987 年 )，其特征是：通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究獲得雙層井壁漏水的原因和機(jī)理，并在工程實(shí)踐基礎(chǔ)上為解決井壁漏水提出了技術(shù) 6 方向和措施。至此，深厚沖積層凍結(jié)法鑿井的整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 50 多年的 凍結(jié)法鑿井發(fā)展過程如下： (1).引進(jìn)推廣階段 (1955～ 1962 年 )。對(duì)煤礦井筒施工來(lái)說(shuō)，穿越表土地層深度的大小是反映井筒施工技術(shù)水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，凍結(jié)表土地層深度的大小又是反映凍結(jié)技術(shù)水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，目前各主要使用凍結(jié)法鑿井國(guó)家的最大凍結(jié)深度如下：英國(guó)為 930m，加拿大 915m，波蘭 725m，中國(guó) 740m，比利時(shí) 638m，德國(guó) 628m，前蘇聯(lián) 620m，法國(guó) 550m，荷蘭 338m。凍結(jié)壁平均溫度的計(jì)算，主要是利用體平均溫度的計(jì)算方法。第四章是主井的井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然后是井壁的穩(wěn)定性 、 強(qiáng)度驗(yàn)算以及配筋計(jì)算等，主要計(jì)算內(nèi)容有：井壁環(huán)向穩(wěn)定性的驗(yàn)算，內(nèi)外層井壁環(huán)向配筋的計(jì)算和按吊掛力計(jì)算的外層井壁的抗裂驗(yàn)算和豎向抗拉鋼筋的配筋計(jì)算。然后是穩(wěn)定性 、 強(qiáng)度的驗(yàn)算和配筋的計(jì)算等，主要有：井壁環(huán)向穩(wěn)定性的驗(yàn)算，內(nèi)外層井壁環(huán)向配筋的計(jì)算和按吊掛力計(jì)算的外層井壁的抗裂驗(yàn)算和豎向抗拉鋼筋的配筋計(jì)算。 解決東部地區(qū) 600～ 800 m深厚沖積層凍結(jié)法、鉆井法鑿井技術(shù)以及 1000～1 500 m井筒地面預(yù)注漿技術(shù)是今后特殊鑿井領(lǐng)域要重點(diǎn)研究的課題?？傮w水平是初步掌握了小于 200 m沖積層凍結(jié)鑿井的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。一批沖積層厚度不小于 400 m的凍結(jié)井筒開工建設(shè)，我國(guó)深厚沖積層凍結(jié)法鑿井又面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，進(jìn)人沖積層 600 m凍結(jié)法鑿井的理論和施工技術(shù)的研究和應(yīng)用探索階段。這是我國(guó)建井 技術(shù)的發(fā)展從 “經(jīng)驗(yàn)型 ”向 “科研型 ”的重大轉(zhuǎn)變。從此破裂機(jī)理出發(fā)，建井界提出了一系列確保井壁破裂的方法。 北京建井研究所在多年對(duì)鉆井法鑿井井壁內(nèi)外力測(cè)量基礎(chǔ)上，進(jìn)行了鉆井壁后充填與井壁固結(jié)效果的研究，進(jìn)行了鉆井法井 壁與地層摩擦力模型試驗(yàn)，得出鉆井井壁豎向附加力 值，同時(shí)從結(jié)構(gòu)理 論 上開展了約束混凝土井壁的機(jī)理研究，提出了在井壁的內(nèi)圈加鋼板筒，對(duì)鋼筋混凝土產(chǎn)生約束作用，可以提高井壁抗御豎向附加力的能力。上述成績(jī)，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(guó)煤礦深部礦井開發(fā)的先進(jìn)理論、施工工藝和設(shè)備，在建井界的共同努力下，經(jīng)過 “十一五 ”期間的協(xié)同攻關(guān)，在 1000～ 1500m 深立井綜合防治水、井筒鑿砌施工工藝與技術(shù)裝備研究，深井支護(hù)以及深厚沖積層凍結(jié)法和鉆井法鑿井技 術(shù)等各方面再上一個(gè)新臺(tái)階，使我國(guó)深井快速建井綜合技術(shù)躍居世界 前茅 是完全可能的。水文地質(zhì)條件受區(qū)域構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制，深、淺層地下水存在明顯的差異。上段有厚層砂質(zhì)粘土，灰綠色雜棕黃色，致密局部可塑，含鈣質(zhì)零星分布。排泄方式是水平徑流和人工開采，存儲(chǔ)量受區(qū)域調(diào)節(jié)。 Mg 生產(chǎn)礦井長(zhǎng)期開采，第四含水層地下水沿基巖風(fēng)化帶垂直入滲、補(bǔ)給煤系含水層，或以突水的方式進(jìn)入礦井。由于井下溫度高，對(duì)井下工人工作條件不利，今后生產(chǎn)中都應(yīng)采取有效地措施。 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(lái)做 20 燃料，變害為寶；二是加大井下排風(fēng)量，降低瓦斯?jié)舛?，同時(shí)還要 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施。 c. 利用煤矸石粉碎制作磚瓦的材料。 ② 煤巖石中有害元素 各主采煤層經(jīng)取樣化學(xué)分析，煤中微量元素種類繁多，雖然含量甚微 ，但對(duì)人體有危害的元素有：硫、磷、氯、氟和砷等，煤層夾矸主要為泥巖、炭質(zhì)泥巖中，也同樣含有這些有害元素。 ⑶地質(zhì)災(zāi)害 據(jù)目前資料，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)跡象，構(gòu)造穩(wěn)定性較好。黑河是流經(jīng)井田北部的最大地表水體，屬小型季節(jié)性河流，是流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉的主要水源，其水質(zhì)為 HCO3Ca下段底界埋深約 260，層厚73m，以砂層為主，占 86％， 夾薄層細(xì)砂 6 層，單層厚度 ~，一般厚，累厚 。一隔在工廠區(qū)內(nèi)比較穩(wěn)定，具隔水作用，但外圍局部變薄，砂層增厚，失去隔水作用。在礦方提供的工廠平面圖 上界定自己的施工區(qū)，合理布置臨時(shí)設(shè)施和利用施工現(xiàn)場(chǎng)。 4. 施工工藝與裝備技術(shù) 為 提高深井建設(shè)水平，除上述專項(xiàng)技術(shù)外，關(guān)鍵在于提高施工機(jī)械化水平。利用內(nèi)層鋼板來(lái)約束斷面內(nèi)混凝土的徑向變形，使其處于三軸受壓狀態(tài)，井壁的承載能力則可明顯地提高。有的專家從地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行分析，懷疑是郊廬大斷層活動(dòng)的影響，或地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，但為什么 郊 廬大斷層通過的開灤、東北等礦區(qū)井壁并未大量破壞呢 ?況且如何影響也無(wú)資料佐證。為解決雙層井壁漏水問題，有的科技工作者從 “加強(qiáng)施工管理、提高工程質(zhì)量 ”入手，如大屯礦區(qū)張雙樓煤礦主井在內(nèi)壁澆筑混凝土前將外壁混凝土面打毛、內(nèi)外壁鋼筋連在一起，結(jié)果工程質(zhì)量雖優(yōu)，但解凍后井壁仍漏水．這個(gè)階段由于井 筒通過的表土層厚度較淺，井壁的強(qiáng)度、穩(wěn)定性均可滿足工程要求，但滲漏水超過規(guī)定量的問題一直未能解決。在凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)、凍結(jié)器鹽水流量、凍結(jié)壁和外層井壁位移、豎向附加力、井壁受力性能以及 C40～ C55 早強(qiáng)高強(qiáng)混凝土和防裂密實(shí)混凝土、凍結(jié)管材、短段掘砌工藝等方面取得了一批重大成果，在沖積層厚 m和凍結(jié)深度 435 m的陳四樓主、副井創(chuàng)下凍結(jié)管無(wú)斷裂、井壁無(wú)壓壞和無(wú)淋水的記錄。 50 多年來(lái)，應(yīng)用凍結(jié)法施工了 700 多個(gè)立井井筒，累計(jì)凍結(jié)井筒 延伸 達(dá) 150 km，最大凍結(jié)深度 702 m，沖積層最大厚度 m，成為通過不穩(wěn)定沖積層及其下部基巖風(fēng)化巖層的主要特殊施工方法。由于凍結(jié)法施工適應(yīng)性廣、在施工過程中后續(xù)手段多、施工速度快，因此，在工程中得到更多的應(yīng)用。凍結(jié)壁厚度的計(jì)算，主要是從表土段土層中選出三段控制其厚度的土層，然后采用多姆克第三 、 第四強(qiáng)度理論和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果的平均值，來(lái)比較得到。凍結(jié)壁平均溫度的計(jì)算，主要是利用體平均溫度的計(jì)算方法，由于體平均溫度計(jì)算公式是適用在單排管凍結(jié)下的，而實(shí)際主井的凍結(jié)方案是三排管的差異凍結(jié)，因此最后的計(jì)算平均溫度與實(shí)際設(shè)計(jì)平均溫度有出入。 關(guān)鍵詞： 立井、凍結(jié)壁設(shè)計(jì)、內(nèi)層井壁，外層井壁，設(shè)計(jì)。 2 第一章 國(guó)內(nèi)外凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 概述 我國(guó)建井發(fā)展概況 我國(guó)煤炭相對(duì)于石油、天然氣屬資源賦存比較豐富的能源，在一次能源結(jié)構(gòu)中占 70%左右。 國(guó)外凍結(jié)法鑿井的研究現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)凍土溫度場(chǎng)的研究己有 160 多年的歷史，但早期由于測(cè)試手段的限 3 制，對(duì)凍土溫度場(chǎng)的認(rèn)識(shí)只是處于一種表面的和感知狀態(tài) .直至 20 世紀(jì)早期，俄國(guó)成立了凍土研究委員 會(huì)后，才開展了較為廣泛的研究。主要問題是單層井壁接茬縫封水性差，一般每 100 m井壁漏水量為 20～ 40 3m /h。通過科研、設(shè)計(jì)、院校、施工、建設(shè)單位攻關(guān)，在近 600 m沖積層凍結(jié)壁和