【正文】 井壁設(shè)計(jì)、凍結(jié)工藝、掘砌工藝、信息化施工等方面取得一系列成果，但系統(tǒng)規(guī)范性的工作還有待開(kāi)展。 實(shí)測(cè)結(jié)果表明：在井筒施工中，內(nèi)層井壁環(huán)向鋼筋開(kāi)始受拉，當(dāng)凍結(jié)壁解凍、溫度恢復(fù)后，環(huán)向鋼筋轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌?，這是由于溫度變化使內(nèi)層并壁冷縮時(shí)受外壁所阻而產(chǎn)生拉應(yīng)力，溫度恢復(fù)正常過(guò)程中井壁熱脹而轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。 國(guó)外凍結(jié)井壁發(fā)展概 況 自 50 年代后半期以來(lái)，前聯(lián)邦德國(guó)新建井筒凍結(jié)段采用滑動(dòng)復(fù)合井壁支護(hù)取代了傳統(tǒng)的丘賓筒支護(hù)方法， 1963 年又對(duì)這種復(fù)合井壁的外壁作了改進(jìn)，并用于奧 針對(duì)龍固主井 m 鉆井工程條件，首次將豎向附加力作為荷載引人鉆井井壁設(shè)計(jì)，全面考慮了井壁實(shí)際受力，設(shè)計(jì)中首次增加豎向附加力作用下危險(xiǎn)截面徑向應(yīng)變的計(jì)算，提高井壁抗豎向附加力的綜合強(qiáng)度，為防止特殊鑿井井筒使用中局部破壞提供結(jié)構(gòu)保證；首次提出了近 600 m井壁設(shè)計(jì)理論體系和計(jì)算方法，研究成功擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單內(nèi)鋼板約束混凝土井壁結(jié)構(gòu)和削球厚殼井壁底，提出用材料力學(xué)和 有限元法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析、將靜力等效轉(zhuǎn)換成截面內(nèi)力進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算、再按現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算體系，結(jié)構(gòu)合理， 9 計(jì)算先進(jìn)，安全有保證，解決了井壁承受巨大外力對(duì)強(qiáng)度要求和懸浮下沉安裝對(duì)自重限制的矛盾；井壁底成功地承受了 22300 多噸懸浮安裝荷載的考驗(yàn)；首次開(kāi)發(fā)出節(jié)間處理新技術(shù)、壁后充填工藝及防止井壁懸浮下沉整休失穩(wěn)控制技術(shù)。 設(shè)計(jì)研究中存在的一些問(wèn)題 1. 功凍結(jié)壁所用凍土力學(xué)參數(shù)均用地面凍土力學(xué)參數(shù)值，對(duì)深土凍土力學(xué)特性參數(shù)無(wú)論是試驗(yàn)方法，還是數(shù)值確定都有待研究 。 區(qū)內(nèi)現(xiàn)代地貌景觀，由東南端基巖裸露的低山、丘陵向西北過(guò)渡到厚松散層覆蓋的黃淮沖積平原，地勢(shì)呈現(xiàn)西北高而東南略低?？梢?jiàn)二含水量充沛，并存在上部含水層越流補(bǔ)給，為礦區(qū)供水水源。地層結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表 24： 15 表 24 三含地層結(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 20 17 69 主井 19 21 65 風(fēng)井 23 17 76 矸石井 20 19 70 ~，層厚 ~，基本上屬于厚層單一結(jié)構(gòu)的粘土層。 Ca 型個(gè)別屬 Cl由于礦井長(zhǎng)期排水，將引起四含水位持續(xù)下降，含水層被壓縮，四含水位下降也會(huì)引起地面沉降。 ④ 瓦斯情況 19 可采煤層瓦斯成分最高達(dá) %，瓦斯含量最高達(dá) 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： 表 31 主井井筒主要技術(shù)特征表 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 主井 備注 1 井口自然標(biāo)高 m + 2 井口設(shè)計(jì)標(biāo)高 m +24 3 井筒凈直徑 m Φ 4 中心坐標(biāo) m X= Y= 5 表土層厚度 m 6 基巖風(fēng)化帶厚度 m 7 支護(hù) 厚度 凍結(jié)段 鋼筋混凝土 基巖段 素混凝土 8 凍結(jié)段最大井壁厚度 mm 1050~1600 9 井筒設(shè)計(jì)深度 m 984 表 32 主井主要凍結(jié)技術(shù)參數(shù)表 序號(hào) 參數(shù)名稱 單位 主 井 1 井筒凈直徑 m Φ 2 井壁厚度 m ~ 3 井筒最大荒徑 m Φ 4 表土層深度 m 5 凍結(jié)壁平均溫度 ℃ 15 6 積極凍結(jié)期鹽水溫度 ℃ 32 7 凍結(jié)深度 m 399 8 需要凍結(jié)壁厚度 m 9 凍結(jié)孔徑向偏徑 m 22 凍結(jié)方案的選擇 根據(jù)《礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》第 條規(guī)定：立井井筒的凍結(jié)深度必須穿過(guò)基巖風(fēng)化帶，伸入不透水的穩(wěn)定 巖層 10m 以上。 b. 含炭的煤矸石粉碎做燒窯或發(fā)電燃料等。 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。 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 。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(lái)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(lái)自周邊生產(chǎn)礦井煤矸石山風(fēng)化揚(yáng)塵。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 ~。 ~，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。井筒主要技術(shù)特征見(jiàn)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)。國(guó)內(nèi)外也有采用地層凍結(jié)的方法來(lái)解決局部水的問(wèn)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(lái)解決該層水的問(wèn)題。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(guò)早地發(fā)生保護(hù)層脫落和破壞。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。邢臺(tái)煤礦主井通過(guò)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。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(guò) 20210 m，最大沖積層厚度為 383 m，凍結(jié)深度為 435 m。 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(kāi)鑿了開(kāi)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。 目前，我國(guó)通過(guò)深厚表土地層的鑿井方法主要有凍結(jié)法和鉆井法。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。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。 II A FREEZE ON THE MAIN SHAFT AND THE SHAFT WALL STRUCTURE DESIGN OF ZHUJI COAL MINE ABSTRACT This design has two main design task is not only the Chinese set of freeze wells mine shaft wall and the structural design. Chapter I: at home and abroad to introduce a freeze on the main shaft wall and the structural design of the development process, including: the formation of design concepts, practice, in the introduction of China39。我國(guó)煤炭資源埋藏深度在 1000～ 2021m的約占總儲(chǔ)量的 %。 20世紀(jì)中葉 (19451960年和 19611971 年 )又經(jīng)歷了兩個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期，先后開(kāi)展了與溫度場(chǎng)有關(guān)的熱力學(xué)、熱物理學(xué)、土壤水熱改良、工程建筑地基穩(wěn)定性以及地球表面和巖石圈層的形成等方面的試驗(yàn)研究和以解析解為主的理論計(jì)算研究。 (2).探索改進(jìn)或自力更生階段 (1963～ 1988 年 )。 關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀：通過(guò)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)、凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)、凍結(jié)井筒地壓及井壁受力實(shí)測(cè)、豎向附加力、混凝土井壁的養(yǎng)護(hù)溫度及壁后凍土融化與回凍特性、外層井壁整體受力性能試 驗(yàn)等一系列研究，解決了近 600 m沖積層深井凍結(jié)的凍結(jié)壁、井壁設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。同理，在縱向冷縮過(guò)程中混凝土發(fā)生裂縫，致使解凍后漏水。維克托利亞 8 號(hào)井，此后這種井壁就以該 礦縮寫字母字頭命名為 “AV井壁，并成為 400 m深度以內(nèi)的凍結(jié)段井筒支護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)井壁。使近 200 層樓高的井壁，軸線偏斜僅 134 mm和 137 mm，是鉆井法鑿井在深主、副井應(yīng)用的重大突破；并首次將 C70 混凝土成功應(yīng)用于雙向受約束鉆井井壁結(jié)構(gòu)，同時(shí)解決了鉆井井壁高強(qiáng)高性能混凝 土應(yīng)用防裂技術(shù)難題，確保了井壁施工質(zhì)量。(2)凍土強(qiáng)度僅為試件加載條件下強(qiáng)度，沒(méi)有考慮到試件強(qiáng)度與以凍土為材料的結(jié)構(gòu)物之間的關(guān)系，即未考慮尺寸效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng) 。地表水系發(fā)育，淮河流經(jīng)煤田的東南緣，其支流主要有潁河、西淝河，自西北流向東 南，最后注入淮河。二含屬?zèng)_積平原型孔隙承壓水，地下水徑流方式為側(cè)向?qū)右?jiàn)徑流，補(bǔ)給來(lái)源以側(cè)向和一含越流補(bǔ)給為主，水位隨一含按季節(jié)變化，與三含上段砂層有水力聯(lián)系。粘土層厚度大，結(jié)構(gòu)單一，分布穩(wěn)定，具有良好 的隔水性能。 HCO3Mg （組）砂層水 本礦井今后供水水源可能取自第二含水層（組）砂層水，由于第二含水層（組）埋藏較深，補(bǔ)給水源不足，若長(zhǎng)期開(kāi)采或超量開(kāi)采地下水，將會(huì)引起第 二含水層（組）水位持續(xù)下降、含水層體積壓縮，從而會(huì)引起地面沉降。燃（ 41 煤） 。考 慮到深井凍結(jié)井筒壁座的位置、風(fēng)化帶位置及凍結(jié)孔底無(wú)效凍結(jié)段等因素，參照招標(biāo)文件和答疑資料，確定主井凍結(jié)深度為 399m。塌陷區(qū)形成后，礦井排出矸石可用于回填塌陷區(qū)。 固體廢物：主要是礦井排出的煤矸石和鍋爐灰渣，生活垃圾等。 國(guó)家地震局 1979 年 10 月，在淮南地區(qū)進(jìn)行地應(yīng)力普查，在 7km 的深度截面地應(yīng)力相對(duì)大小等值線圖和斷裂構(gòu)造分析，明顯地存在北西西向的地應(yīng)力高值區(qū)，存在一條東西向、一條北東向的深大斷層。見(jiàn) 井筒檢查孔四含地層結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表 26： 16 表 26 井筒檢查孔四含地層結(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 8 6 45 主井 6 5 23 風(fēng)井 5 8 32 矸石井 6 4 環(huán)境地質(zhì) ⑴ 井田環(huán)境地質(zhì)特征 ① 環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀 本井田位于淮北平原的南部，地勢(shì)平坦 ，交通便利，村莊和人口稠密，土地肥沃，屬以農(nóng)業(yè)為主的區(qū)域，目前尚無(wú)大型的工礦企業(yè)，亦無(wú)其它大型的污染源。中斷底界埋深約 187m，層厚 53 米，以砂質(zhì)粘土為主，累厚 31m，占中斷總厚的 58％，土層單層厚 ~，一般厚 3~5，呈灰綠色銹黃色，致密，含砂不均，普遍含鈣質(zhì)，呈零星分布或團(tuán)塊分布，固結(jié)良好，鈣質(zhì)富集處半巖化。地下水以垂直運(yùn)動(dòng)為主，層間徑流微弱，排泄方式 主要是人工開(kāi)采 、 地面蒸發(fā) 、 植物蒸騰 、 和地表河流。其表土段均采用凍結(jié)法施工，基巖段采用地面預(yù)注漿封水。采用注漿方法，仍是深井巖石層治水的有效方法。由于內(nèi)層鋼板的強(qiáng)度和彈性模量均大于外層鋼筋混凝土，兩層材料在交接面上通過(guò)錨卡連接，始終保持變形協(xié)調(diào)和良好的復(fù)合作用川。在 1966 年邢臺(tái) 級(jí)地震中，邢臺(tái)、邯鄲、峰峰礦區(qū)井筒均未發(fā)生破裂； 1975年唐山大地震，開(kāi)灤礦區(qū)井筒破裂部位在地面以下 20m 范圍內(nèi)，其破裂特征與華東地區(qū)井壁破裂特征完全不同，因而基本排除地震主因說(shuō)。開(kāi)灤礦區(qū)范各莊煤礦主井為解決漏水問(wèn)題，在原井筒內(nèi)又加套一層 200 mm 厚的井壁，效果很好，因此在 1 964 年邢臺(tái)煤礦主井井壁 設(shè)計(jì)時(shí)首次采用雙層鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)，外層井壁自上而下分段掘砌，內(nèi)層井壁自下而上連續(xù)砌筑，減少接茬而減少了淋水，又可克服厚井壁一次澆筑的困難。隨著沖積層厚度的進(jìn)一步增大，凍結(jié)管斷裂、井壁壓壞和井壁漏水量超標(biāo)問(wèn)題愈加突出，