【正文】 對工業(yè)場地和生活服務區(qū)排放生活污水，不能任意排放，應通過污水管網(wǎng)匯集至污水處理站，污水處理達標后排入溝河。特別采掘出來的矸石，往往堆積如山，長期經(jīng)受風化、氧化，有害元素經(jīng)雨水淋濾后要遷移擴散，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)災害 煤礦正常生產(chǎn)中 ，隨著采空區(qū)的不斷擴大，采煤后導致地面塌陷區(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)團塊，偶含細礫，底部有細砂盤厚 。二含砂層以中細砂 、 細砂為主，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，為近東西向的復向斜構(gòu)造盆地。唐口礦 3 個千米井的興建，平均月成井超百 米；僅用 建成實際生產(chǎn)能力 825 萬 t/a 礦區(qū)的 “濟北模式 ” ；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)。 我國自 1982 年 以來，首次在淮南礦業(yè)學院地下工程結(jié)構(gòu)研究所，針對潘三西風井對鋼板混凝土井壁進行了試驗研究，但當時的研究都是針對鉆井井壁普通混凝土進行的。己有的常規(guī)理論和知識、現(xiàn)有的工程經(jīng)驗均不能解釋這一災害產(chǎn)生的原因，因而探討治理方法時技術(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)法鑿井研究和應用探索階段 (2021 年以來 )。凍結(jié)壁和井壁設計以及打鉆、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。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)。主井的井壁結(jié)構(gòu)設計；主要設計理念是采 用雙層復合井壁，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。主要設計理念是采用雙層復合井壁，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。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算出相應的井壁厚度。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。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。剛跨人 21 世紀，我國煤炭基本建設又出現(xiàn)了一個新高潮，立井穿過的沖積層厚度和凍結(jié)深度 達到一個新的增長點。由于在傳統(tǒng)的對井壁認識和經(jīng)驗基礎(chǔ)上所提出的技術(shù)措施未能如愿，促使建井界轉(zhuǎn)向開展工程實測和實驗室試驗研究，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)場工程實測和實驗室 模擬試驗、模型試驗研究，經(jīng)過多年的研究終于認識到：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，該力是導致井筒破裂的主要原因。近幾年的實踐證明，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)中混凝土的強度等級是解決這一矛盾的重要途徑，在鋼板復合井壁中采用高強混凝土，不論從經(jīng)濟角度還是技術(shù)角度考慮都是 十 分可行的。都取得了一定的經(jīng)驗，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)團塊。 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，三含補給來源以二含的越流補給為主，次為水平徑流補給。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，已達到二級以上高溫。 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，增大通風量、改革通風形式、采煤工藝；另一種是采用機械制冷降溫。 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。由于煤層采掘上來，不能馬上運走，需要堆放一定時間。不存在發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)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(zhì)災害。 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。工廠內(nèi)的永久設備總機庫和機修車間可作為凍結(jié)站房用。近年來通過引進學習國際上先進技術(shù)的基礎(chǔ)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。 深厚表土層凍結(jié)井筒內(nèi)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(jié)井筒內(nèi)壁下部當高強鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)不能滿足強度要求時，深厚表土層凍結(jié)井筒內(nèi)層鋼板高強鋼筋混凝土復合井壁就理所當然地成為首選。還有一些專家根據(jù)井壁破裂的特征，分析認為有一個向下的豎 向 力導致井壁破裂，但這個力是如何產(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(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)達到國際先進水平。 50 多年的 凍結(jié)法鑿井發(fā)展過程如下： (1).引進推廣階段 (1955～ 1962 年 )。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(shù)水平高低的一個重要標志，凍結(jié)表土地層深度的大小又是反映凍結(jié)技術(shù)水平高低的一個重要標志，目前各主要使用凍結(jié)法鑿井國家的最大凍結(jié)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。凍結(jié)壁平均溫度的計算，主要是利用體平均溫度的計算方法。第四章是主井的井壁結(jié)構(gòu)設計。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(nèi)容有：井壁環(huán)向穩(wěn)定性的驗算，內(nèi)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。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(nèi)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。 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井筒地面預注漿技術(shù)是今后特殊鑿井領(lǐng)域要重點研究的課題?？傮w水平是初步掌握了小于 200 m沖積層凍結(jié)鑿井的設計和施工技術(shù)。一批沖積層厚度不小于 400 m的凍結(jié)井筒開工建設，我國深厚沖積層凍結(jié)法鑿井又面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇，進人沖積層 600 m凍結(jié)法鑿井的理論和施工技術(shù)的研究和應用探索階段。這是我國建井 技術(shù)的發(fā)展從 “經(jīng)驗型 ”向 “科研型 ”的重大轉(zhuǎn)變。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。 北京建井研究所在多年對鉆井法鑿井井壁內(nèi)外力測量基礎(chǔ)上，進行了鉆井壁后充填與井壁固結(jié)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(jié)構(gòu)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(nèi)圈加鋼板筒，對鋼筋混凝土產(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，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(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)等各方面再上一個新臺階，使我國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)造運動的控制，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，存儲量受區(qū)域調(diào)節(jié)。 Mg 生產(chǎn)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。由于井下溫度高，對井下工人工作條件不利，今后生產(chǎn)中都應采取有效地措施。 b. 瓦斯的治理：一是可以采取在地面施工瓦斯抽排放鉆孔，把瓦斯用來做 20 燃料，變害為寶；二是加大井下排風量，降低瓦斯?jié)舛?，同時還要 加強監(jiān)測監(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)取樣化學分析，煤中微量元素種類繁多，雖然含量甚微 ，但對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)災害 據(jù)目前資料，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的新構(gòu)造運動跡象，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)，合理布置臨時設施和利用施工現(xiàn)場。 4. 施工工藝與裝備技術(shù) 為 提高深井建設水平，除上述專項技術(shù)外，關(guān)鍵在于提高施工機械化水平。利用內(nèi)層鋼板來約束斷面內(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)學和工程地質(zhì)學觀點進行分析，懷疑是郊廬大斷層活動的影響，或地質(zhì)構(gòu)造運動的影響，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．這個階段由于井 筒通過的表土層厚度較淺，井壁的強度、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)壁和井壁設計、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 早強高強混凝土和防裂密實混凝土、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)管無斷裂、井壁無壓壞和無淋水的記錄。 50 多年來，應用凍結(jié)法施工了 700 多個立井井筒，累計凍結(jié)井筒 延伸 達 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化巖層的主要特殊施工方法。由于凍結(jié)法施工適應性廣、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用。凍結(jié)壁厚度的計算，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 、 第四強度理論和經(jīng)驗公式計算結(jié)果的平均值，來比較得到。凍結(jié)壁平均溫度的計算，主要是利用體平均溫度的計算方法，由于體平均溫度計算公式是適用在單排管凍結(jié)下的，而實際主井的凍結(jié)方案是三排管的差異凍結(jié)，因此最后的計算平均溫度與實際設計平均溫度有出入。 關(guān)鍵詞： 立井、凍結(jié)壁設計、內(nèi)層井壁，外層井壁，設計。 2 第一章 國內(nèi)外凍結(jié)壁和井壁設計現(xiàn)狀 概述 我國建井發(fā)展概況 我國煤炭相對于石油、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。 國外凍結(jié)法鑿井的研究現(xiàn)狀 國外對凍土溫度場的研究己有 160 多年的歷史，但早期由于測試手段的限 3 制，對凍土溫度場的認識只是處于一種表面的和感知狀態(tài) .直至 20 世紀早期，俄國成立了凍土研究委員 會后，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、設計、院校、施工、建設單位攻關(guān)，在近 600 m沖積層凍結(jié)壁和