【導讀】本設計的主要任務有兩個，既朱集礦主井的凍結壁和井壁結構設計。第二章主要介紹朱集礦的工程概況，水文地質概況，和主井的主。要技術參數(shù)，為而后的設計提供必要的數(shù)據儲備。度理論和經驗公式計算結果的平均值，來比較得到。實際設計平均溫度有出入。井筒按水土壓力校核。確定井壁厚度，主要是根據井筒地質柱狀圖，把表土段土。層分成三層，每一層又按內外層井壁各自承受的力分別計算出相應的井壁厚度。和豎向抗拉鋼筋的配筋計算。

　　

【正文】 水作為生活和農業(yè)用水，因其埋藏淺而易受污染，據 所采小井水樣化驗資料分析，水質多數(shù)屬 HCO3Na Mg Ca 型個別屬 Cl HCO3Mg Ca 型，第一含水層（組）淺部地下水已受到人們生產生活的輕度影響，但污染程度低，水質大多數(shù)比較好，但是局部地段受污染嚴重 。 綜上所述，井田環(huán)境地質質量現(xiàn)狀良好。 ② 煤礦開采后對環(huán)境影響 煤礦生產開采后會對環(huán)境造成下列影響：地面沉降、噪聲污染、礦井排水和工業(yè)場地及生活服務區(qū)的生活污水會對地表水和淺層地下水造成不同程度的污染。采掘出來的矸石，往往堆積如山，易產生崩塌，且長期經受風化、氧化，有害元素經雨水淋濾后被遷移擴散， 污染附近地表水及淺層地下水，大風天氣易引起揚塵。 ⑵ 地震與礦區(qū)穩(wěn)定性 根據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、斷裂構造、地形變化及第四紀地質、地貌等方面的情況來看，許昌～淮南地震帶安徽理工大學畢業(yè)設計 17 在新構造時期，活動是比較明顯的。 自公元 294 年以來，許昌～淮南地震帶發(fā)生 級以上地震 14 次，其中 1831年淮南北部的平硪山（明龍山）發(fā)生 級地震，地震震中烈度為 8 度，公元294 年 7 月，淮南八公山發(fā)生 級地震，地震震中烈度達 7 度。 除此之外，淮南周圍的較大地震對淮南也曾產生過不同程度的 破壞和震感，如：著名的 1868 年山東郯城 級大地震，波及到淮南時的最大烈度達 10 度，1971 年霍山 級地震， 1979 年固鎮(zhèn) 5 級地震， 1979 年 7 月 9 日江蘇溧陽 6級地震， 1983 年 10 月 7 日山東荷澤 級地震， 1984 年 5 月 21 日黃海 級地震等，淮南市均有不同程度的震感，但無較大破壞。 國家地震局 1979 年 10 月，在淮南地區(qū)進行地應力普查，在 7km 的深度截面地應力相對大小等值線圖和斷裂構造分析，明顯地存在北西西向的地應力高值區(qū)，存在一條東西向、一條北東向的深大斷層。 建設部以建標 [20xx]156 號文頒發(fā)了，《關于發(fā)布國家標準〈建筑抗震設計規(guī)范〉的通知》按《設計規(guī)范》 條的規(guī)定，淮南抗震設防烈度為 7 度，設計基本地震 動峰值 加速度為 ，設計地震分組為第一組 。 ⑶地質災害 據目前資料，區(qū)內未發(fā)現(xiàn)明顯的新構造運動跡象，構造穩(wěn)定性較好。不存在發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的現(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災害。 ① 煤礦開采產生的主要地質災害 煤礦正常生產中，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，造成大片農田積水 。位于塌陷區(qū)內的道路、民用建筑和水利設施遭受不同程度的破壞。 生產礦井長期開采，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。由于礦井長期排水，將引起四含水位持續(xù)下降，含水層被壓縮，四含水位下降也會引起地面沉降。 （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，補給水源不足，若長期開采或超量開采地下水，將會引起第二含水層（組）水位持續(xù)下降、含水層體積壓縮，從而會引起地面沉降。 隨著生產時間的增長和規(guī)模的擴大，從生產礦井運送出來的煤矸石越來越多，矸石堆積的地面面積和高度也將不斷增大增高，加之長期的暴露在空氣中風安徽理工大學畢業(yè)設計 18 化、氧化，遇大風下雨容易造成坍塌。 ⑷ 礦區(qū)水環(huán)境 由于礦井長期排放礦井水，工業(yè)場地和居民生活污水如果未經處理就任意排至河溝，將會引起地表水和淺層地下水嚴重污染。矸子山經長期雨水淋濾后，一般呈酸性水流入河流或下滲到淺層地下水中，亦會造成地表水和地下水不同程度的污染，從而造成水質變差、土壤污染， 魚 類死亡，植被萎縮，給礦區(qū)和周邊居民的生產生活帶來威脅。 為保護環(huán)境， 節(jié)約資源，礦井在建設的同時應遵循國家“三同時”制度，投資建設污水處理設施，選用國內先進的水處理工藝，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。對工業(yè)場地和生活服務區(qū)排放生活污水，更不能任意排放，應通過污水管網匯集至污水處理站，污水處理達標后排入河流。 ⑸ 礦區(qū)有害物質及其它環(huán)境污染 ① 煤礦主要污染源和污染物 大氣污染源和污染物主要來自煤礦鍋爐煙囪排放的煙氣，其次矸子山長期裸露堆放，風吹日曬，塵土飛揚污染大氣。 水污染和污染物：礦井建設生產后，礦井排水和工業(yè)場地及生活服務區(qū)的生活污水中 COD、 BOD SS 等濃度普遍超標，直接排入周邊地區(qū)，將會對地表水和淺層地下水造成不同程度的污染。 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。 噪聲污染源：主、副井塔提升機房，風扇機房，壓風機房，坑木加工廠，機修廠等各生產系統(tǒng)噪聲源。 ② 煤巖石中有害元素 各主采煤層經取樣化學分析，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、炭質泥巖中，也同樣含有這些有害元素。 由于煤層采掘上來，不能馬上運走，需要堆放一定時間。特別采掘出來的矸石，往往堆積如山，長期經受風化、氧化，有害元素經雨水淋濾后要遷移擴散，污染了附近地表水及淺層地下水。 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。由于井下溫度高，對井下工人工作條件不利，今后生產中都應采取有效地措施。 ④ 瓦斯 情況 安徽理工大學畢業(yè)設計 19 可采煤層瓦斯成分最高達 %，瓦斯含量最高達 燃（ 41 煤） 。瓦斯含量隨著煤層埋深的增加，其瓦斯含量有逐漸增大的趨勢，煤層埋深 970m水平以上瓦斯含量平均值 ～ m3/t燃，而 970m水平以下瓦斯含量較高。 ⑸ 礦井環(huán)境地質問題的治理方法和措施 ① 控制大氣污染和噪音 鍋爐排放出的大氣污染物，應該采用高效除塵器進行消煙除塵，對產生噪音的污染源可安裝消聲器使噪聲降低。 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 方式進入礦井。礦井的長期排水，會造成四含水位持續(xù)下降，從而導致地面產生沉降，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。 本礦井供水水源地應是松散層內第二含水層（組）砂層水，因第二含水層（組）補給條件差，屬于消耗型水源地，長期超量開采地下水，會引起地面不同程度的沉降，因此，控制開采量，一方面使第二含水層（組）水位保持一定高度，另一方面可減緩地面下沉速度。 ③ 矸石山的處理和利用 煤礦長期生產，礦井排出的煤矸石堆面積逐漸擴大、高度增加，容易產生崩塌、滑坡，還占 用大量耕地，長期堆放也將污染環(huán)境，根據兩淮和外地經驗，可作如下利用： a. 礦井初期排出矸石可用于工業(yè)場地平整和道路路基基礎填料。塌陷區(qū)形成后，礦井排出矸石可用于回填塌陷區(qū)。 b. 含炭的煤矸石粉碎做燒窯或發(fā)電燃料等。 c. 利用煤矸石粉碎制作磚瓦的材料。 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。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，應通過污水管網匯集至污水處理站，污水處理達標后排入溝河。 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。 b. 瓦斯的治理：一是可以采取在地面施工瓦斯抽排放鉆孔，把瓦斯用來做安徽理工大學畢業(yè)設計 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。 安徽理工大學畢業(yè)設計 21 第三章 朱集礦主井 凍結壁設計 基本數(shù)據 ：井筒凈直徑： 凍結深度： 399m 鹽水溫度： 32℃ 表土層厚度： 主井 井筒特征 表： 表 31 主井井筒主要技術特征表 序號 項目 單位 主井 備注 1 井口自然標高 m + 2 井口設計標高 m +24 3 井筒凈直徑 m Φ 4 中心坐標 m X= Y= 5 表土層厚度 m 6 基巖風化帶厚度 m 7 支護 厚度 凍結段 鋼筋混凝土 基巖 段 素混凝土 8 凍結段最大井壁厚度 mm 1050~1600 9 井筒設計深度 m 984 表 32 主井主要凍結技術參數(shù)表 序號 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 凍結壁平均溫度 ℃ 15 6 積極凍結期鹽水溫度 ℃ 32 7 凍結深度 m 399 8 需要凍結壁厚度 m 9 凍結孔徑向偏徑 m 安徽理工大學畢業(yè)設計 22 凍結方案的選擇 根 據《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》第 條規(guī)定：立井井筒的凍結深度必須穿過基巖風化帶，伸入不透水的穩(wěn)定 巖層 10m 以上?？?慮到深井凍結井筒壁座的位置、風化帶位置及凍結孔底無效凍結段等因素，參照招標文件和答疑資料，確定主井凍結深度為 399m。 主井表土層深度 為 ，新生界深部厚粘土層單層厚度較大、埋藏深、單軸抗壓強度低、蠕變特性顯著，為了確保井筒安全連續(xù)施工和上部快速施工的要求，確定主井井筒 采用一次 全深 凍結方案， 采用外 、 中 、 內三圈孔共同運轉的施工方法 ，外圈凍結孔為主凍結孔，采用差異凍結。 凍結壁厚度的計算 結合主井 井筒 地層柱狀圖和朱集礦凍土單軸瞬時抗壓強度實驗數(shù)據?。? ~ 粘土層 c? = ~ 粘土層 c? = MPa ~ 礫砂質粘土層 c? = MPa 三段土層為控制凍結壁厚度的土層 。 ⑴ 對 ~ 粘土層 c? = ① 由多姆克公式按第三強度理論 20 .2 9 2 .3d ssPPEa ????? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 式中： dE ：凍結壁厚度 m a：凍結壁內半徑 m p：為地壓 取 p =，（ H 為深度， m） MPa s? ：為凍土的塑性極限，用長時抗壓強度 c? 代替 本式中： a= p= = MPa s? 取 c? = MPa 帶入上式可得： 37 ??? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? = ② 由多姆克公式按第四強度理論 20 .5 6 1 .3 3d ssPPEa ????? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 安徽理工大學畢業(yè)設計 23 = 23 .5 7 3 7 3 .5 7 3 73 .8 0 .5 6 1 .3 34 .1 4 4 .1 4??? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? = ③ 由經驗公式： dE aH??? 式中： dE ：凍結壁厚度 m a：井筒掘進半徑 m H：凍結壁計算深度 m ? 、 ? 經驗常數(shù)， ? =， ? = 帶入上式： 0 .6 10 .0 4 3 .8 2 7 4 .9 0dE ? ? ? = 由①②③得到： 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度理論 20 .2 9 2 .3d 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度理論 20 .5 6 1 .3 3d s