【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 ?？?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。 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。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。 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。 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。燃，而 970m水平以下瓦斯含量較高。燃（ 41 煤） 。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。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。 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。 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。 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。 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。 （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。 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。 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 。 ⑶地質災害 據目前資料，區(qū)內未發(fā)現明顯的新構造運動跡象，構造穩(wěn)定性較好。 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。 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。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。 綜上所述，井田環(huán)境地質質量現狀良好。 HCO3Mg Mg區(qū)內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）。黑河是流經井田北部的最大地表水體，屬小型季節(jié)性河流，是流域內農業(yè)灌溉的主要水源，其水質為 HCO3Ca見 井筒檢查孔四含地層結構見下表 26： 安徽理工大學畢業(yè)設計 16 表 26 井筒檢查孔四含地層結構 表 檢查孔名稱 埋深 厚度 砂層 土層 砂層占百分數 （ ％ ） 頂界 底界 層數 累厚 層數 累厚 副井 8 6 45 主井 6 5 23 風井 5 8 32 矸石井 6 4 環(huán)境地質 ⑴ 井田環(huán)境地質特征 ① 環(huán)境地質現狀 本井田位于淮北平原的南部，地勢平坦，交通便利，村莊和人口稠密，土地肥沃，屬以農業(yè)為主的區(qū)域，目前尚無大型 的工礦企業(yè)，亦無其它大型的污染源。 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)廣場四含厚 ~，沙礫層 占組厚的 23~45％，以含礫或不含礫的粘土、砂質粘土、鈣質粘土為主，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，呈凹槽狀向兩側及古地形凸起處變薄或尖滅，在凹槽處砂礫層厚達50~70m，粒徑 10~15mm，最大 250mm，結構疏松致半固結狀。根據巖性，四含可按四段劃分：底部礫石層。粘土層厚度大，結構單一，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采，存儲量受區(qū)域調節(jié)。松散，局部含泥質或泥質團塊，偶含細礫，底部有細砂盤厚 。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 。中斷底界埋深約 187m，層厚 53 米，以砂質粘土為主，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，呈零星分布或團塊分布，固結良好，鈣質富集處半巖化。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。 見地層結構表 23： 安徽理工大學畢業(yè)設計 14 表 23 二含地層結構表 檢查孔 名稱 埋深 厚度 砂層 土層 砂層占百分數（ ﹪ ） 頂界 底界 層數 累厚 層數 累厚 副井 4 1 58 主井 4 2 66 風井 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 ~，為單一結構的砂質泥巖，淺灰綠色，土黃雜灰綠色，局部白色 、 致密，中上部含鈣質呈半巖化，固結較好。二含屬沖積平原型孔隙承壓水，地下水徑流方式為側向層見徑流，補給來源以側向和一含越流補給為主，水位隨一含按季節(jié)變化，與三含上段砂層有水力聯系。上段有厚層砂質粘土，灰綠色雜棕黃色，致密局部 可塑，含鈣質零星分布。二含砂層以中細砂 、 細砂為主，底部為中粗砂，含巨粒。一隔在工廠區(qū)內比較穩(wěn)定，具隔水作用，但外圍局部變薄，砂層增厚，失去隔水作用。地下水以垂直運動為主，層間徑流微弱，排泄方式主要是人工開采 、 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。本井田內含水層由新生界安徽理工大學畢業(yè)設計 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)基礎上，自新生界以來，區(qū)內新構造運動表現為振蕩性升降運動，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。地表水系發(fā)育，淮河流經煤田的東南緣，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。 地質概況 水文地質 淮南煤田位于華北平原南緣，為近東西向的復向斜構造盆地。在礦方提供的工廠平面圖上界定自己的施工區(qū)，合理布置臨時設施和利用施工現場。其表土段均采 用凍結法施工，基巖段采用地面預注漿封水。礦井設計生產能力 400 萬噸 /年。 統的理論和觀念是 :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 .實際上，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 .對井壁的力學計算不能簡化為平面力學問題，而 是三維空間力學同題 .其后，為保障特殊地層條件下，達到井壁安全，開展井壁研究，在受載組合、井壁結構與設計原則等方面都取得創(chuàng)新性的進展 .但對井壁結構與介傳質間藕合作用的研究還剛剛開始，對新型井安徽理工大學畢業(yè)設計 11 壁結構的力學研究還很欠缺，也缺乏實用時間的考驗 。 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)現內層井壁受溫度影響，產生較大溫度應力以至產生裂縫川 .這是對井壁工況認識的一次飛躍，發(fā)現了井壁產生裂縫的原因 .在吸取國外經驗的基礎上，在內、外層井壁間加一個薄的夾層，允許內、外層井壁間有小量滑動，從而消除溫度應力，保證了內壁無裂縫，而達到了無淋水的目的 。(2)凍土強度僅為試件加載條件下強度，沒有考慮到試件強度與以凍土為材料的結構物之間的關系，即未考慮尺寸效應和結構效應 。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，經過 “十一五 ”期間的協同攻關，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。唐口礦 3 個千米井的興建，平均月成井超百米；僅用 建成實際生產能力 825 萬 t/a 礦區(qū)的 “濟北模式 ” ；山 東龍固、郭屯，安徽丁集、板集的深厚沖積層特殊鑿井技術。 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。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象，是深井特殊施工需要解決的新課題 。因此， “結構 創(chuàng)新 ”將成為深厚沖積層特殊鑿井支護技術發(fā)展的關鍵。但系統地歸納成規(guī)律性，還有待進一步深化。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、副井應用的重大突破；并首次將 C70 混凝土成功應用于雙向受約束鉆井井壁結構，同時解決了鉆井井壁高強高性能混凝土應用防裂技術難題，確保了井壁施工質量。 北京建井研究所在多年對鉆井法鑿井井壁內外力測量基礎上，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，提出了在井壁的內圈 加鋼板筒，對鋼筋混凝土產生約束作用，可以提高井壁抗御豎向附加力的能力。 我國自 1982 年以來，首次在淮南礦業(yè)學院地下工程結構研究所，針對潘三西風井對鋼板混凝土 井壁進行了試驗研究，但當時的研究都是針對鉆井井壁普通混凝土進行的。利用內層鋼板來約束斷面內混凝土的徑向變形，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。由于內層鋼板的強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錨卡連接，始終保持變形協調和良好的復合作用川。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。 我國現階段 井壁設計 方法 及工藝 目前，我國凍結井筒常用的內層井壁結構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壓，適應無煤拄開采技術。維克托利亞 8 號井，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深度以內的凍結段井筒 支護的標準井壁。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。己有的常規(guī)理論和知識、現有的工程經驗均不能解釋這一災害產生的原因，因而探討治理方法時技術方向不明。有的專家從地質學和工程地質學觀點進行分析，懷疑是郊廬大斷層活動