【正文】 凍結(jié)壁厚度的計(jì)算 結(jié)合主井 井筒 地層柱狀圖和朱集礦凍土單軸瞬時(shí)抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取： ~ 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(jié)壁厚度的土層 ?？?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。 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(lái) 做安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 燃料，變害為寶；二是加大井下排風(fēng)量，降低瓦斯?jié)舛?，同時(shí)還要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施。對(duì)工業(yè)場(chǎng)地和生活服務(wù)區(qū)排放生活污水，不能任意排放，應(yīng)通過(guò)污水管網(wǎng)匯集至污水處理站，污水處理達(dá)標(biāo)后排入溝河。 c. 利用煤矸石粉碎制作磚瓦的材料。塌陷區(qū)形成后，礦井排出矸石可用于回填塌陷區(qū)。 本礦井供水水源地應(yīng)是松散層內(nèi)第二含水層（組）砂層水，因第二含水層（組）補(bǔ)給條件差，屬于消耗型水源地，長(zhǎng)期超量開(kāi)采地下水，會(huì)引起地面不同程度的沉降，因此，控制開(kāi)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。 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(jìn)入礦井。燃，而 970m水平以下瓦斯含量較高。燃（ 41 煤） 。由于井下溫度高，對(duì)井下工人工作條件不利，今后生產(chǎn)中都應(yīng)采取有效地措施。特別采掘出來(lái)的矸石，往往堆積如山，長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)化、氧化，有害元素經(jīng)雨水淋濾后要遷移擴(kuò)散，污染了附近地表水及淺層地下水。 ② 煤巖石中有害元素 各主采煤層經(jīng)取樣化學(xué)分析，煤中微量元素種類繁多，雖然含量甚微，但對(duì)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。 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。 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(lái)自煤礦鍋爐煙囪排放的煙氣，其次矸子山長(zhǎng)期裸露堆放，風(fēng)吹日曬，塵土飛揚(yáng)污染大氣。 為保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，礦井在建設(shè)的同時(shí)應(yīng)遵循國(guó)家“三同時(shí)”制度，投資建設(shè)污水處理設(shè)施，選用國(guó)內(nèi)先進(jìn)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(chǎng)地非生活用水，剩余部分排入河流。 ⑷ 礦區(qū)水環(huán)境 由于礦井長(zhǎng)期排放礦井水，工業(yè)場(chǎng)地和居民生活污水如果未經(jīng)處理就任意排至河溝，將會(huì)引起地表水和淺層地下水嚴(yán)重污染。 （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。 生產(chǎn)礦井長(zhǎng)期開(kāi)采，第四含水層地下水沿基巖風(fēng)化帶垂直入滲、補(bǔ)給煤系含水層，或以突水的方式進(jìn)入礦井。 ① 煤礦開(kāi)采產(chǎn)生的主要地質(zhì)災(zāi)害 煤礦正常生產(chǎn)中，隨著采空區(qū)的不斷擴(kuò)大，采煤后導(dǎo)致地面塌陷區(qū)是難免的，造成大片農(nóng)田積水。 ⑶地質(zhì)災(zāi)害 據(jù)目前資料，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)跡象，構(gòu)造穩(wěn)定性較好。 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。 自公元 294 年以來(lái)，許昌～淮南地震帶發(fā)生 級(jí)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(jí) 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(jí)地震，地震震中烈度達(dá) 7 度。采掘出來(lái)的矸石，往往堆積如山，易產(chǎn)生崩塌，且長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)化、氧化，有害元素經(jīng)雨水淋濾后被遷移擴(kuò)散，污染附近地表水及淺層地下水，大風(fēng)天氣易引起揚(yáng)塵。 綜上所述，井田環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量現(xiàn)狀良好。 HCO3Mg Mg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）。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見(jiàn) 井筒檢查孔四含地層結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表 26： 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。 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(chǎng)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。潘集礦區(qū)下部砂礫含水層呈南東 ~北西向條帶分布，以潘集背斜南翼最厚，呈凹槽狀向兩側(cè)及古地形凸起處變薄或尖滅，在凹槽處砂礫層厚達(dá)50~70m，粒徑 10~15mm，最大 250mm，結(jié)構(gòu)疏松致半固結(jié)狀。根據(jù)巖性，四含可按四段劃分：底部礫石層。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。排泄方式是水平徑流和人工開(kāi)采，存儲(chǔ)量受區(qū)域調(diào)節(jié)。松散，局部含泥質(zhì)或泥質(zhì)團(tuán)塊，偶含細(xì)礫，底部有細(xì)砂盤(pán)厚 。下段底界埋深約 260，層厚73m，以砂層為主，占 86％， 夾薄層細(xì)砂 6 層，單層厚度 ~，一般厚，累厚 。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。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(jiàn)礫石，礫徑 3~12mm,大者 3~5cm。見(jiàn)地層結(jié)構(gòu)表 23： 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 表 23 二含地層結(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 4 1 58 主井 4 2 66 風(fēng)井 3 1 56 矸石井 4 2 52 5. 三含頂界埋深 ~, 底界埋深 ~，層組厚~ 19~23 層，累厚 ~，占層組厚度的 65~76％ ，夾土層 17~21 層，累厚 ~，土層單層厚度在 ~ 之間，一般厚 1~5。 ~，層厚 ~，為單一 結(jié)構(gòu)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(jié)較好。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。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。二含砂層以中細(xì)砂 、 細(xì)砂為主，底部為中粗砂，含巨粒。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。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。 ~，上部為灰綠色 、 土黃色粘土，多氣孔 、 蟲(chóng)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。本井田內(nèi)含水層由新生界安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 松散層砂層孔隙水 、 煤系地層砂巖裂隙水和石炭系太原組及奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水三部分組成。 在東南高西北低的古地貌形態(tài)基礎(chǔ)上，自新生界以來(lái)，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為振蕩性升降運(yùn)動(dòng)，由于升降運(yùn)動(dòng)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(dá) 700m以上，新城口斷層以東不足 100m。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。水文地質(zhì)條件受區(qū)域構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制，深、淺層地下水存在明顯的差異。 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(fù)向斜構(gòu)造盆地。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(shí)設(shè)施和利用施工現(xiàn)場(chǎng)。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。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 400 萬(wàn)噸 /年。 統(tǒng)的理論和觀念是 :表土段井壁和巖石段井壁一樣主要承受水平地壓，僅地壓值大小不 同，井壁自重等豎向力大部分由地層承擔(dān) .實(shí)際上，在特殊地層條件下井壁在豎向不只承受自重，還要承受豎直附加力 .對(duì)井壁的力學(xué)計(jì)算不能簡(jiǎn)化為平面力學(xué)問(wèn)題，而是三維空間力學(xué)同題 .其后，為保障特殊地層條件下，達(dá)到井壁安全，開(kāi)展井壁研究，在受載組合、井壁結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)原則等方面都取得創(chuàng)新性的進(jìn)展 .但對(duì)井壁結(jié)構(gòu)與介傳質(zhì)間藕合作用的研究還剛剛開(kāi)始，對(duì)新型井安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 壁結(jié)構(gòu)的力學(xué)研究還很欠缺，也缺乏實(shí)用時(shí)間的考驗(yàn) 。 2. 對(duì)凍結(jié)法 鑿井的井壁認(rèn)識(shí)也有一個(gè)過(guò)程 ,在厚表土層中，施工對(duì)井壁的要求是有足夠的強(qiáng) 度和不滲水 .自 50 年代開(kāi)始至 70 年代末，厚表土層中井壁強(qiáng)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(qiáng)施工管理提高質(zhì)量，力圖達(dá)到井壁無(wú)裂縫，但均不成功 .直到70年代末 80 年代初，在井壁受力實(shí)測(cè)中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)層井壁受溫度影響，產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力以至產(chǎn)生裂縫川 .這是對(duì)井壁工況認(rèn)識(shí)的一次飛躍，發(fā)現(xiàn)了井壁產(chǎn)生裂縫的原因 .在吸取國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在內(nèi)、外層井壁間加一個(gè)薄的夾層，允許內(nèi)、外層井壁間有小量滑動(dòng)，從而消除溫度應(yīng)力，保證了內(nèi)壁無(wú)裂縫，而達(dá)到了無(wú)淋水的目的 。(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) 。上述成績(jī)，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(guó)煤礦深部礦井開(kāi)發(fā)的先進(jìn)理論、施工工藝和設(shè)備，在建井界的共同努力下，經(jīng)過(guò) “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(hù)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(gè)新臺(tái)階，使我國(guó)深井快速建井綜合技術(shù)躍居世界 前茅 是完全可能的。唐口礦 3 個(gè)千米井的興建，平均月成井超百米；僅用 建成實(shí)際生產(chǎn)能力 825 萬(wàn) t/a 礦區(qū)的 “濟(jì)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)。 4. 施工工藝與裝備技術(shù) 為 提高深井建設(shè)水平，除上述專項(xiàng)技術(shù)外，關(guān)鍵在于提高施工機(jī)械化水平。采用注漿方法，仍是深井巖石層治水的有效方法。另一方面，地溫升高將增加了凍結(jié)法施工對(duì)凍結(jié)壁維護(hù)的困難以及鉆井法施工中造成泥漿發(fā)酵而失效等問(wèn)題，都是實(shí)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 。因此， “結(jié)構(gòu)創(chuàng)新 ”將成為深厚沖積層特殊鑿井支護(hù)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。但系統(tǒng)地歸納成規(guī)律性，還有待進(jìn)一步深化。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。 北京建井研究所在多年對(duì)鉆井法鑿井井壁內(nèi)外力測(cè)量基礎(chǔ)上，進(jìn)行了鉆井壁后充填與井 壁固結(jié)效果的研究，進(jìn)行了鉆井法井 壁與地層摩擦力模型試驗(yàn)，得出鉆井井壁豎向附加力值，同時(shí)從結(jié)構(gòu)理 論 上開(kāi)展了約束混凝土井壁的機(jī)理研究，提出了在井壁的內(nèi)圈加鋼板筒，對(duì)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。 我國(guó)自 1982 年以來(lái)，首次在淮南礦業(yè)學(xué)院地下工程結(jié)構(gòu)研究所，針對(duì)潘三西風(fēng)井對(duì)鋼板混凝土井壁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，但當(dāng)時(shí)的研究都是針對(duì)鉆井井壁普通混凝土進(jìn)行的。利用內(nèi)層鋼板來(lái)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。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。因此，為了滿足對(duì)特厚表土支護(hù)的要求，必須要研究?jī)鼋Y(jié)井筒新型井壁結(jié) 構(gòu)。 我國(guó)現(xiàn)階段 井壁設(shè)計(jì) 方法 及工藝 目前，我國(guó)凍結(jié)井筒常用的內(nèi)層井壁結(jié)構(gòu)形式有素混凝土井壁和鋼筋混凝土井壁。具有很好的防水性能而且可以承受一定的動(dòng)壓，適應(yīng)無(wú)煤拄開(kāi)采技術(shù)。維克托利亞 8 號(hào)井，此后這種井壁就以該礦縮寫(xiě)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。從此破裂機(jī)理出發(fā)，建井界提出了一系列確保井壁破裂的方法。己有的常規(guī)理論和知識(shí)、現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)均不能解釋這一災(zāi)害產(chǎn)生的原因，因而探討治 理方法時(shí)技術(shù)方向不明。有的專家從地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行分析，懷疑是郊廬大斷層活動(dòng)的影響，或