【正文】 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(jù)?。? ~ 粘土層 c? = ~ 粘土層 c? = MPa ~ 礫砂質(zhì)粘土層 c? = MPa 三段土層為控制凍結壁厚度的土層 。 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)舛龋瑫r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。 本礦井供水水源地應是松散層內(nèi)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。燃，而 970m水平以下瓦斯含量較高。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。 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。 ⑸ 礦區(qū)有害物質(zhì)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。 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(jīng)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。 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。 ⑶地質(zhì)災害 據(jù)目前資料，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的新構造運動跡象，構造穩(wěn)定性較好。 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。 綜上所述，井田環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量現(xiàn)狀良好。 Mg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 潘北礦和朱集礦四含均位于該沙礫層條帶的北緣，潘北礦四含平均厚 ，沙礫 層占組厚的50％，朱集礦工業(yè)廣場四含厚 ~，沙礫層占組厚的 23~45％，以含礫或不含礫的粘土、砂質(zhì)粘土、鈣質(zhì)粘土為主，其富水性小于潘北。根據(jù)巖性，四含可按四段劃分：底部礫石層。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)。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 。上段底界埋深約 134m，層厚 28，以砂層為主，占 ％，夾砂質(zhì)粘土 3 層，單層厚~，累厚 ，砂層為中粗粒，多見礫石，礫徑 3~12mm,大者 3~5cm。 ~，層厚 ~，為單一結構的砂質(zhì)泥巖，淺灰綠色，土黃雜灰綠色，局部白色 、 致密，中上部含鈣質(zhì)呈半巖化， 固結較好。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。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。 ~，上部為灰綠色 、 土黃色粘土，多氣孔 、 蟲穴 、植根，夾Φ 5mm 左右砂漿，下部為粉砂，厚度 ，銹黃色，疏松 ~松散，含粉土。 在東南高西北低的古地貌形態(tài)基礎上，自新生界以來，區(qū)內(nèi)新構造運動表現(xiàn)為振蕩性升降運動，由于升降運動的差異性，沉積了西厚東薄的上第三系和第四系松散層，從丘陵邊緣向西增厚達 700m以上，新城口斷層以東不足 100m。水文地質(zhì)條件受區(qū)域構造及新構造運動的控制，深、淺層地下水存在明顯的差異。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。礦井設計生產(chǎn)能力 400 萬噸 /年。 2. 對凍結法 鑿井的井壁認識也有一個過程 ,在厚表土層中，施工對井壁的要求是有足夠的強度和不滲水 .自 50 年代開始至 70 年代末，厚表土層中井壁強度尚能滿足要求，但均有 淋水 .采用井壁外、井壁內(nèi)注漿堵水效果均微 .為消除井壁裂隙而淋水，加強施工管理提高質(zhì)量，力圖達到井壁無裂縫，但均不成功 .直到70年代末 80 年代初，在井壁受力實測中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)層井壁受溫度影響，產(chǎn)生較大溫度應力以至產(chǎn)生裂縫川 .這是對井壁工況認識的一次飛躍，發(fā)現(xiàn)了井壁產(chǎn)生裂縫的原因 .在吸取國外經(jīng)驗的基礎上，在內(nèi)、外層井壁間加一個薄的夾層，允許內(nèi)、外層井壁間有小量滑動，從而消除溫度應力，保證了內(nèi)壁無裂縫，而達到了無淋水的目的 。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，在 1000～ 1500m 深立井綜合防治水、井筒鑿砌施工工藝與技術裝備研究，深井支護以及深厚沖積層凍結法和鉆井法鑿井技 術等各方面再上一個新臺階，使我國深井快速建井綜合技術躍居世界 前茅 是完全可能的。 4. 施工工藝與裝備技術 為 提高深井建設水平，除上述專項技術外，關鍵在于提高施工機械化水平。另一方面，地溫升高將增加了凍結法施工對凍結壁維護的困難以及鉆井法施工中造成泥漿發(fā)酵而失效等問題，都是實踐中屢次遇到的現(xiàn)象，是深井特殊施工需要解決的新課題 。但系統(tǒng)地歸納成規(guī)律性，還有待進一步深化。 北京建井研究所在多年對鉆井法鑿井井壁內(nèi)外力測量基礎上，進行了鉆井壁后充填與井壁固結效果的研究，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，同時從結構理 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。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。因此，為了滿足對特厚表土支護的要求，必須要研究凍結井筒新型井壁結構。具有很好的防水性能而且可以承受一定的動壓，適應無煤拄開采技術。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。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。經(jīng)調(diào)研得知：自 1985 年以來，這些地區(qū)處于地震平靜低潮期。 工程實測和實驗研究還獲得了凍結壁溫度、厚度、掘進段高及段高暴露時間與凍結壁徑向變形的關系，徑向變形對外層井 壁施加的凍結壓力隨井深、凍結壁溫度和段高等參數(shù)的變化規(guī)律和數(shù)值，及對外壁的破壞作用，這些成果為凍結井壁結構的改進、設計理論的更新創(chuàng)造了條件。這是我國建井 技術的發(fā)展從 “經(jīng)驗型 ”向 “科研型 ”的重大轉(zhuǎn)變。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。林西煤礦風井井筒全深 111. 95m，凈直徑 5m，穿過第四系表土層厚50. 7m，凍結深度 105m，采用 72cm厚缸磚單層井壁，工程進展順利，但解凍后井壁漏水嚴重。井壁作為維護井筒幾何尺寸及使用功能并支撐地壓的結構物，是礦山的咽喉，根據(jù)特殊鑿井施工特點和受力特性，選擇 合理的井壁結構型式，合理設計井壁，對降低建井成本，保證礦山安全生產(chǎn)有著十分重要的意義。一批沖積層厚度不小于 400 m的凍結井筒開工建設，我國深厚沖積層凍結法鑿井又面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇，進人沖積層 600 m凍結法鑿井的理論和施工技術的研究和應用探索階段。在凍結壁和井壁設計、凍結器鹽水流量、凍結壁和外層井壁位移、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和凍結深度 435 m的陳四樓主、副井創(chuàng)下凍結管無斷裂、井壁無壓壞和無淋水的記錄。其主要原因是凍結壁厚度偏小且強度低、掘砌段高偏大與井幫裸 露時間過長、井壁強度偏低與整體封水性能差、凍結管材質(zhì)的低溫韌性和接頭密封性差、井壁夾層注漿時間偏早或偏遲、施工管理水平低。實踐中，認識到波蘭和前蘇聯(lián)的原有凍結鑿井規(guī)程規(guī)范已不能適應不小于 200 m沖積層凍結鑿井設計和施工的需要，從而邁上邊探索邊改進的自 4 力更生道路，開展基礎理論研究和工藝改革，有效地促進了我國凍結法鑿井技術的發(fā)展?？傮w水平是初步掌握了小于 200 m沖積層凍結鑿井的設計和施工技術。 50 多年來，應用凍結法施工了 700 多個立井井筒，累計凍結井筒 延伸 達 150 km，最大凍結深度 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。上世紀 70 年代，這些國家相繼進入了研究的高潮。真正開始理論性研究并被公認為這門學科理論奠基人的是前蘇聯(lián)學者 溫度場等熱物理研究方面以 Kypbueb 。 解決東部地區(qū) 600～ 800 m深厚沖積層凍結法、鉆井法鑿井技術以及 1000～1 500 m井筒地面預注漿技術是今后特殊鑿井領域要重點研究的課題。由于凍結法施工適應性廣、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。 但在新井建設中，首先面臨著井筒穿越深厚不穩(wěn)定表土地層的技術難題。目前，我國能源仍有 70%依賴于煤炭。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。凍結壁厚度的計算，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)驗公式計算結果的平均值，來比較得到。 我國煤炭 資源豐富但 煤炭生產(chǎn)的缺口很大，煤炭深部資源開采問題日益突出，建設一批新的大型、特大型礦井已是我國經(jīng)濟建設和發(fā)展的必須。 1 引言 在 我國煤炭相對于石油、天然氣屬資源 屬于 比較豐富的能源，在一次能源結構中占 70%左右。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。凍結壁平均溫度的計算，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下的，而實際主井的凍結方案是三排管的差異凍結，因此最后的計算平均溫度與實際設計平均溫度有出入。設計內(nèi)容一共分為四章，分別為：第一章主要介紹國內(nèi)外凍結壁和井壁結構設計的發(fā)展歷程，包括：設計理念的形成 、 實踐，在我國的的引進發(fā)展，和對更深層次設計思想的探索等。第二章主要介紹朱集礦的工程概況，水文地質(zhì)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(jù)儲備。第四章是主井的井壁結構設計。 關鍵詞： 立井、凍結壁設計、內(nèi)層井壁，外層井壁，設計。我國煤炭資源埋藏深度在 1000～ 2021m 的約占總儲量的%。 因而凍結鉆井等鑿井法成為我國建井發(fā)展的必然課題，然而雖然許多鑿井法已有多年的發(fā)展歷程，各種技術難題也在不斷完善，但仍存在著許多難以克服的技術難點。凍結壁平均溫度的計算，主要是利用體平均溫度的計算方法。 2 第一章 國內(nèi)外凍結壁和井壁設計現(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，在一次能源結構中占 70%左右。煤炭生產(chǎn)的缺口很大，煤炭深部資源開采問題日益突出，建設一批新的大型、特大型礦井已是我國經(jīng)濟建設和發(fā)展的必須。尤其在山東、安徽、河南、河北等省，表土覆蓋層較薄的煤田已經(jīng)開采，新建礦井的煤層都處于深厚表土地層的覆蓋之下。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水平高低的一個重要標志，凍結表土地層深度的大小又是反映凍結技術水平高低的一個重要標志，目前各主要使用凍結法鑿井國家的最大凍結深度如下：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。 國外凍結法鑿井的研究現(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。 北美西北歐 的一些國家和地區(qū)，與前蘇聯(lián)一樣，出 于自然資源的開發(fā)需要，也推動了凍土溫度場及其相關學科的研究進展。除自然資源的開發(fā)需要外，現(xiàn)代監(jiān)測技術和計算機技術在凍土研究領域中的應用也加速了該學科的發(fā)展。 50 多年的 凍結法鑿井發(fā)展過程如下： (1).引進推廣階段 (1955～ 1962 年 )。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。共施工了 281 個立井井筒，累計凍結井筒延米近 50 000m，沖積層最大