【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 故滿足要求 故滿足要求 故滿足要求 圓環(huán)井壁內(nèi)力計(jì)算在均布荷載作用下的圓環(huán)井壁，根據(jù)內(nèi)外半徑的比值，分為薄壁井筒和厚壁井筒兩種。習(xí)慣上通常已井壁厚度和井筒內(nèi)半徑的比值劃分。即 （212）其他兩段都比第一段大，所以三段均按厚壁圓筒計(jì)算。即 任一點(diǎn)的徑向應(yīng)力： （213） 任一點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)力： （214）:井壁內(nèi)半徑，m:井壁外半徑，m：井壁截面內(nèi)計(jì)算點(diǎn)到井筒中心的距離，m：井壁所受標(biāo)準(zhǔn)側(cè)壓力，由以上兩式可見，任一點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)力大于徑向應(yīng)力，并且最大環(huán)向應(yīng)力發(fā)生在井壁內(nèi)緣。當(dāng) ； ；井壁外緣環(huán)向應(yīng)力為 （215）：井壁截面中心至井筒中心的距離，m當(dāng) ； ；井壁內(nèi)緣環(huán)向應(yīng)力為　　 （216）當(dāng) 時(shí) 計(jì)算結(jié)果與在均布荷載作用下的圓環(huán)井壁外側(cè)受力相符合，同時(shí)也滿足混凝土井壁的抗壓強(qiáng)度。當(dāng) 時(shí) 有上計(jì)算可以看出設(shè)計(jì)滿足井壁內(nèi)力要求。強(qiáng)度驗(yàn)算： 由于，所以按厚壁圓筒計(jì)算；即 （217）：井壁所受標(biāo)準(zhǔn)側(cè)壓力，：井壁材料的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，：井壁圓環(huán)的縱向穩(wěn)定系數(shù)，查《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)3》附表411得、：為井壁的內(nèi)外半徑，m代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：第一段井壁： 第二段井壁： 第三段井壁： 環(huán)向配筋計(jì)算： 由上述計(jì)算可知第一段和第二段井壁不能滿足強(qiáng)度要求，所以可采用配置鋼筋的方法來(lái)解決。對(duì)后井壁按下式計(jì)算： （218）：受壓鋼筋截面面積，：混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，：縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，本設(shè)計(jì)選用（Ⅱ）級(jí)鋼筋=300：井壁圓環(huán)計(jì)算寬度，取=1m計(jì)算：井壁厚度，m：鋼筋混凝土穩(wěn)定系數(shù) 其他符號(hào)同前；代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：第一段井壁： %,所以按計(jì)算結(jié)果選配鋼筋。故選用Ⅱ16＠44，雙層配置鋼筋。第二段井壁： %，所以要按最小配筋率計(jì)算配筋；故選用Ⅱ18＠84，雙層配置鋼筋。第三段井壁雖然滿足要求，但為了安全也根據(jù)最小配筋率配置Ⅱ18＠55鋼筋。 主井井頸設(shè)計(jì)井頸厚度的計(jì)算有按側(cè)壓力計(jì)算和按在垂直荷載作用下的計(jì)算。按這兩種方法分別計(jì)算所得的結(jié)果，選其大者作為井頸的設(shè)計(jì)厚度。井頸的材料多為混凝土或鋼筋混凝土，本設(shè)計(jì)選用混凝土。按軸向力計(jì)算：假設(shè)作用在土層上的設(shè)計(jì)軸向總荷載=20000。由地質(zhì)資料可知，巖土承壓強(qiáng)度=380。則井頸厚度由以下公式得： （219）：井頸厚度，m:井桶內(nèi)直徑，m:井壁厚度，在此代入數(shù)據(jù)得： 按側(cè)壓力計(jì)算： （220）由前面數(shù)據(jù)代入得： 強(qiáng)度驗(yàn)算：在垂直荷載作用下用下列公式驗(yàn)算；對(duì)土層： （221）：井頸或巖土層的垂直應(yīng)力，：建于巖土上的井頸底寬，m:井筒外直徑，m 代入數(shù)據(jù)得： 不滿足要求對(duì)井頸： （222）：井筒縱向穩(wěn)定系數(shù)，：素混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，：井筒內(nèi)徑，m其他符號(hào)同前代入數(shù)據(jù)得： 滿足要求由于施工時(shí)有很多的臨時(shí)荷載和機(jī)械振動(dòng)的外加應(yīng)力，所以為了施工和以后運(yùn)行的安全，取。并且按最小配筋率配置環(huán)向鋼筋：故選用Ⅱ20＠44，雙層配置鋼筋。在一般情況下，井壁的豎向鋼筋主要起架立鋼筋和分布鋼筋的作用，故通常按構(gòu)造要求配置豎向鋼筋?？紤]井下環(huán)境及施工條件等，鋼筋保護(hù)層厚度對(duì)現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土井壁，外壁一般為50100mm，內(nèi)壁3070 mm。本設(shè)計(jì)選取外壁為80 mm，內(nèi)壁為40 mm。3 凍結(jié)壁和凍結(jié)參數(shù)的設(shè)計(jì) 立井凍結(jié)方案的選擇常用的立井凍結(jié)方案有一次凍結(jié)全深，差異凍結(jié)。局部?jī)鼋Y(jié)或分段局部?jī)鼋Y(jié)，分期凍結(jié)(又稱分段凍)。比較一次凍結(jié)全深和差異凍結(jié)：一次凍結(jié)全深的特點(diǎn)：從地面到需要凍結(jié)的深度；全部采用一次凍結(jié)，所有凍結(jié)管都穿過不穩(wěn)定含水層，一般插入不透水基巖l0米以上；供液管下至凍結(jié)管的底锏隔板上；來(lái)自冷凍站的低溫鹽水利用鹽水泵的壓力。經(jīng)供液管輸送到凍結(jié)管底部，并沿凍結(jié)管的環(huán)形空間上升，經(jīng)回液管，沿集液圈，鹽水干管流回凍結(jié)站鹽水箱內(nèi)。以此循環(huán)與地層進(jìn)行熱交換，達(dá)到凍結(jié)目的。一次凍結(jié)全深施工方案適用于各種地層，但所需制冷量最大。差異凍結(jié)的特點(diǎn)：凍結(jié)管采用長(zhǎng)短管間隔布置．下部?jī)鼋Y(jié)管較上部?jī)鼋Y(jié)管的孔間距大—倍。，可適當(dāng)加大長(zhǎng)管的供液管直徑，采用正循環(huán)，而短管采用反循環(huán)；上部利用長(zhǎng)短管共同凍結(jié)，盡快形成凍結(jié)壁，給井簡(jiǎn)提前開挖創(chuàng)造條件；下部由于凍結(jié)管間距大，凍結(jié)壁較薄，減少了井簡(jiǎn)下部的凍土挖掘量。 差異凍結(jié)適用于：上部為含水豐富的沖積層，下部風(fēng)化帶及其附近基巖含水量較大需要凍結(jié)；沖積層以下的基巖厚度占井筒總深度比例小。其基巖與沖積層之間．有水力聯(lián)系，涌水量大于10/時(shí)。沖積層厚度大，上部為不穩(wěn)定地層，中間夾有較厚粘土層，而底部只有少量含水砂層。壓力大的含水地層。根據(jù)某一礦的地質(zhì)條件，、。，深部（＞200m）－－。確定凍結(jié)方案為一次凍結(jié)全深的凍結(jié)法施工方案。 凍結(jié)壁設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則：凍結(jié)壁屬于彈性粘滯體，在外荷載作用下呈現(xiàn)彈性取和塑性區(qū)，并產(chǎn)生塑性變形。如塑性或塑性變形超過允許值，凍結(jié)壁和凍結(jié)管可能遭到破壞。因此，凍結(jié)壁厚度既要滿足強(qiáng)度條件，又要滿足變形條件的要求。在設(shè)計(jì)凍結(jié)壁厚度的同時(shí)就應(yīng)對(duì)安全掘進(jìn)段高作出規(guī)定。 鹽水溫度的確定鹽水溫度是影響凍結(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的主要參數(shù)之一。降低鹽水溫度對(duì)加快凍土擴(kuò)展速度和提高凍結(jié)壁強(qiáng)度、穩(wěn)定性有一定作用，但也相應(yīng)地要降低冷凍設(shè)備的制冷效率和加大冷凍站的制冷量。根據(jù)國(guó)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)層位的鹽水溫度一般可按沖積層厚度及井筒直徑選取。即表31表31 計(jì)層位的鹽水溫度參考值沖積層厚度（米）＜100100200200300＞300鹽水設(shè)計(jì)溫度（℃）井筒直徑≤6米18～2020～2525～3030～33井筒直徑＞米20～2222～2727～30備 注凍結(jié)含鹽地層和原始溫度超過25℃的地層,應(yīng)適當(dāng)降低鹽水溫度由上表選取鹽水溫度為35℃ 凍結(jié)孔終孔間距的確定終孔間距是影響凍結(jié)壁的形成和平均溫度的應(yīng)素。終孔間距過大，將延長(zhǎng)凍結(jié)時(shí)間和削弱凍結(jié)壁的強(qiáng)度，甚至導(dǎo)致凍結(jié)困難。表32 按沖積層厚度選取終孔間距沖積層厚度m100100200200300＞300 終孔間距m備注,中間孔采用定向鉆進(jìn)根據(jù)凍結(jié)要求和國(guó)內(nèi)大鉆的水平，終孔間距可按沖積層選取，既表32。 控制層地壓確定因?yàn)?18處是表土層與基巖的分界層，所以選取518米處的地壓為控制層地壓P= 初選凍結(jié)壁厚度和預(yù)見的井幫溫度根據(jù)318米出的地壓和井筒掘進(jìn)直徑（井壁厚和最大掘進(jìn)直徑）。根據(jù)選取的終孔間距、鹽水溫度、初選的凍結(jié)壁厚度以及下表33預(yù)計(jì)井幫溫度為15℃。表33 凍結(jié)井筒井幫溫度參考值深度（米）50100150200250300350400井幫見凍土后開挖的（℃）砂土0～11～33～55～77～99～1111～1313～15粘土2～31～00～22～44～66～88～1010～12井幫未見凍土后開挖的（℃砂土1～2177。11～33～55～77～99～1111～13粘土3～41～201～22～44～66～88～10 凍結(jié)壁平均溫度計(jì)算由以上確定的各個(gè)參數(shù)用下列公式計(jì)算凍結(jié)壁平均溫度: （31） （32）:按成冰公式計(jì)算的凍結(jié)壁有效厚度的平均溫度，℃:按零度邊界計(jì)算的凍結(jié)壁的平均溫度，℃：凍結(jié)壁厚度，m：鹽水溫度，℃：凍結(jié)孔間距，m：井幫凍土溫度，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： ℃℃ 凍結(jié)壁厚度計(jì)算根據(jù)凍結(jié)壁平均溫度按《建井工程手冊(cè)》，然后再根據(jù)前面確定的各個(gè)參數(shù)用多姆克計(jì)算凍結(jié)壁厚度。 （33）：凍結(jié)壁厚度，m：井筒掘進(jìn)半徑，，第三段需要的凍結(jié)壁厚最大，所以只要第三段的凍結(jié)壁厚度能滿足，其他各段都能滿足，所以只計(jì)算第三段的凍結(jié)壁厚度，并且凍結(jié)孔布置時(shí)也按此值設(shè)計(jì)。：計(jì)算深度的地壓，：凍土持久抗壓強(qiáng)度，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 與初選的凍結(jié)壁厚度相符，故設(shè)計(jì)滿足要求。 安全掘進(jìn)段高的確定把粘性土層凍結(jié)壁看作有限長(zhǎng)的塑性厚壁筒，按第四強(qiáng)度理論推導(dǎo)出來(lái)的凍結(jié)壁安全掘進(jìn)段高維亞洛夫公式計(jì)算。 （34）：安全掘進(jìn)段高，m：凍結(jié)壁厚度，m:凍土持久抗壓強(qiáng)度，:工作面凍結(jié)狀態(tài)系數(shù)，掘進(jìn)工作面為非凍結(jié)狀態(tài)時(shí)取，掘進(jìn)工作面凍實(shí)時(shí)取，本設(shè)計(jì)取代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： . 凍結(jié)孔計(jì)算和觀測(cè)孔布置，宜采用主凍結(jié)孔內(nèi)側(cè)增設(shè)輔助孔與防片幫凍結(jié)孔相結(jié)合的布置方式，防片幫凍結(jié)孔的深度取520m。凍結(jié)孔的開孔間距和偏斜率的確定由下表41確定：表34 凍結(jié)孔的開孔間距和偏斜率設(shè)計(jì)參考值沖積層埋深H（米）＜100100～200200～300＞300開孔間距（米）～ ～偏斜率（%）～～3～凍結(jié)孔內(nèi)外側(cè)厚度比值取50：50 凍結(jié)孔計(jì)算主凍結(jié)孔的圈徑計(jì)算： （35）：凍結(jié)孔布置圈直徑，m：凍結(jié)筒掘進(jìn)直徑，，按第三段設(shè)計(jì)：凍結(jié)壁設(shè)計(jì)厚度，：沖積層最大埋深，815m：凍結(jié)壁外側(cè)厚度，m：凍結(jié)孔設(shè)計(jì)偏斜率，查34得代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 主凍結(jié)孔個(gè)數(shù)計(jì)算： （36）：主凍結(jié)孔個(gè)數(shù)：主凍結(jié)孔預(yù)選開孔間距，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 實(shí)際主凍結(jié)孔開孔間距 輔助凍結(jié)孔圈徑的計(jì)算： （37）：輔助凍結(jié)孔布置圈直徑，m：輔助凍結(jié)孔距井幫的距離，：主凍結(jié)孔距井幫的距離，m:輔助凍結(jié)孔深度為522m代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：輔助凍結(jié)孔個(gè)數(shù)計(jì)算： （38）：輔助凍結(jié)孔個(gè)數(shù)：輔助凍結(jié)孔開孔間距代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：實(shí)際輔助凍結(jié)孔開孔間距為：在輔助凍結(jié)孔內(nèi)側(cè)增加一拳防片幫凍結(jié)孔，深度為480m，圈徑為13m，凍結(jié)孔個(gè)數(shù)為20個(gè)。則防片幫凍結(jié)孔的間距為： 觀測(cè)孔布置主井布置三個(gè)水文孔和五個(gè)測(cè)溫孔。水文孔和測(cè)溫孔的布置對(duì)于準(zhǔn)確判斷開挖時(shí)間，以及縮短工期有著及其重要的作用。測(cè)溫孔布置：布置原則：地下水流上方、凍結(jié)壁外側(cè)最大孔間距處；凍結(jié)壁內(nèi)側(cè)界面處；凍結(jié)壁外側(cè)主面、界面處；盡可能均勻布置。為加強(qiáng)對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，井筒設(shè)計(jì)5個(gè)測(cè)溫孔。測(cè)溫孔采用φ1406mm20(GB8163—1999)優(yōu)質(zhì)低碳鋼無(wú)縫管，內(nèi)管箍連接，管底密封，不試壓、不灌水，確保不滲水。水文孔布置：井筒設(shè)計(jì)三個(gè)水文孔。水文管規(guī)格：D150焊接管，外管箍連接。凍結(jié)孔、測(cè)溫孔、水文觀測(cè)孔見附圖2所示 冷凍量和凍結(jié)期計(jì)算由下圖31知，制冷系統(tǒng)由氨循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和鹽水循環(huán)系統(tǒng)三部分組成。某一礦采用氨制冷系統(tǒng)?；狙h(huán)如圖21所示，蒸發(fā)器中的飽和蒸汽氨經(jīng)氨液分離器將夾帶的液氨離擠后，被壓縮機(jī)吸入并壓縮至冷凝壓力(10大氣壓左右)變成過熱(100℃左右)蒸汽，通過油脂分離器將油脂析出后，流入冷凝器，經(jīng)20℃左右的水冷卻變成液態(tài)氨，然后進(jìn)入氨掖貯存器，并通過管路、經(jīng)節(jié)流閥降至蒸發(fā)壓力，進(jìn)入蒸發(fā)器中汽化。并吸取盤管周圍鹽水的熱量后變成飽和蒸汽，以便再繼續(xù)被壓縮機(jī)吸入，進(jìn)行新的循環(huán)。