【正文】 第三章 凍結制冷系統(tǒng) 氨系統(tǒng) 井筒最大需冷量： Qmax=Kπ dHnq 主井： Q 主 max=KπdHnq= 41310 4kcal/h＝ 4802KW； 副井： Q 副 max=KπdHnq= 41810 4kcal/h＝ 4861KW； 根據(jù)招標文件要求， 主 井先開機， 副井 比主井晚開機一個月。 水文孔： 主副井各設計兩個水文孔，其中 主井 240m/1 個、 320m/1 個；副井 240m/1個、 325m/1個 。測溫孔具體位置根據(jù)凍結孔偏斜情況而定。 測溫孔布置 布置原則：地下水流上方、凍結壁外側最大孔間距處；凍結壁內(nèi)側界面處；凍結壁外側主面、界面處；盡可能均勻布置。 防片孔采用 φ1 40 6mm20優(yōu)質低碳鋼無縫管， 內(nèi) 管箍連接。 副井： 主 孔 L 外 =、 輔助 孔 L 中 =、防片孔 L 防 =；。 副井： 主 孔 N 外 =44個、 輔助 孔 N 中 =22個、防片孔 11 個。 ② 輔助 孔圈徑 考慮偏斜、井幫溫度及防斷管要求，確定 輔助 孔圈徑主 井 φ12m 、副井 φ ； ③ 防片孔 根據(jù)凍結工期要求及上部凍土發(fā)展速度，并盡可能減少造孔工程量，確定防片孔圈徑主井 φ 、副井 φ 10m。 鉆孔深度必須保證 凍結管下管深度不得小于設計深度 。 孔位偏值：徑向向外 0～ 25 ㎜，切向 177。最大孔間距表土段 ： 主 孔 ≤ ， 輔助孔 、防片孔按偏斜及靶域要求；基巖段 ≤ 。 凍結孔偏斜 深厚表土層凍結井施工中，凍結孔施工質量的好壞直接影響凍結工程的成敗。 凍結孔深度 主 孔深度 ： 主井 長腿 470m、短腿 430m； 副井 長腿 470m、短腿 414m； 輔助 孔深度 ： 主井 430m； 副井 414m； 防片孔深度 ： 由于上部井壁較薄 （ ）， 輔助 孔上部離荒徑較遠 （約 m），上部凍土因動水及空氣影響發(fā)展速度較慢，試挖時間又短，開挖時凍土離荒徑遠易出現(xiàn) 片 幫，影響井壁 質量和施工安全及施工速度，增加工程成本。 凍結壁（強度）平均溫度校核 采用國內(nèi)目前普遍采用的單排孔凍結壁平均溫度計算公式 —— 成冰公式，加修正值計算。 ⑨ 強度安全系數(shù)， k=2～ ； ⑩ 掘砌段高，從保證安全和方便施工兩方面考慮， 控制層 暴露段高 300m 以下 取h=～ ； ⑴ 工作面凍結狀態(tài)系數(shù)； η=√3 （工作面未凍結時）～ √3/2 （工作面凍實 時）；設計取 主井 η=1. η=1. 5； 凍結壁厚度 由于目前國內(nèi)外對 400m 以下深厚表土凍結井凍結壁厚度設計沒有較為成熟的計算理論，設計采用兩種方法計算凍結壁厚度：一是通過現(xiàn)有計算公式計算；二是采用類比法，與國內(nèi)外已施工的深厚表土凍結井比較，綜合確定凍結壁厚度。 基本設計計算參數(shù) ① 凍結壁內(nèi)半徑：主井 R 主 =、副井 R 副 =； ② 地壓值（采用水土懸浮公式）： P=（ MPa），為安全期間控制層深度 H均取最大表土深度，即主井 、副井 ； ③ 凍結壁平均溫度（控制層）：根據(jù)目前國內(nèi)已施工同類型深厚表土凍結井實際 凍結情況，取控制層凍結壁平均溫度：主井 Tc主 =15℃ 、副井 Tc副 =15℃ ； ④ 凍土抗壓強度：根據(jù)手冊單軸抗壓強度選?。? ⑤ 凍土發(fā)展速度：參照附近梁寶寺礦井、 金橋 礦井 、 花園礦井 實際凍土發(fā)展速度，選取霄云主、副井控制層凍土發(fā)展速度砂層向內(nèi) 20mm/d、向外 15mm/d，粘土層向內(nèi)16mm/d、向外 13mm/d。前者對砂層較合適，因為砂層凍結壁具有脆性斷裂的特性，因此其承載能力必須得到滿足，否則可能出水冒砂。 凍結深度 根據(jù)業(yè)主要求，主、副井凍結深度 均 為 470m（業(yè)主要求）。 ? 以施工安全為前提，減少工程量、提高工程效率、降低工程造價，達到安全、快速、高效的施工目的。 表 05 樣品凍結試驗結冰溫度 土樣編號 取樣深度（ m） 取樣名稱 凍結溫度（℃） 備注 1 ～ 粘土 2 ～ 粉細砂 3 ～ 粘土 4 ～ 粘土 5 ～ 砂質粘土 6 ～ 砂質粘土 7 ～ 粘土 表 06 凍土凍脹力、凍脹率試驗結果 樣品分組 土層名稱 取樣深度（ m） 凍脹力試驗 凍脹率試驗 凍脹力（ MPa） 平均值 凍脹率（％） 平均值 1 粘土 ～ 2 粉細砂 ～ 3 粘土 ～ 4 粘土 ～ 5 砂質粘土 ～ 6 砂質粘土 ～ 7 粘土 ～ 表 07 凍土單軸瞬時抗壓強度 地層分組 土性 深度（ m） 試驗溫度 5℃ 10℃ 15℃ 20℃ 單軸強度MPa 平均值MPa 單軸強度MPa 平均值MPa 單軸強度MPa 平均值MPa 單軸強度MPa 平均值MPa 1 粘土 ～ 2 粉細砂 ～ 3 粘土 ～ 4 粘土 ～ 5 砂質粘土 ～ 6 砂質粘土 ～ 7 粘土 ～ 地層特點 ? 粘土層埋藏深且連續(xù)厚度大，主井 ～ (厚 ),副井～ (厚 )； ? 整體來看凍土單軸抗壓強度值偏小，尤其是下部粘土地層； ? 從應力－應變關系曲線可以看出：破壞應變大多在 8％以內(nèi)，因此，凍土的破壞應變??； ? 粘土地層的凍結溫度偏高，下部粘土層約在 ～ ℃之間，尤是 331～348m 粘土地層（第四組樣 品），樣品凍結溫度為 ℃； 第二章 凍結技術方案 設計目的 ? 設計的凍結壁厚度和強度滿足井筒安全掘砌施工的要求，井筒掘砌中不發(fā)生因凍結壁原因引起的人員和工程質量事故。 地溫 根據(jù)地址鉆孔測定地溫梯度為 ℃ /100m。井筒主要技術特征見下表。礦井地質儲量 10120 萬噸，可采儲量 4825 萬噸，礦井設計生產(chǎn)能力 90 萬噸 /年，立井開拓，在工業(yè)廣場內(nèi)布置主、副兩個井筒。最大孔間距表土段：外圈孔≤ ， 輔助孔、防片孔按偏斜及靶域要求；基巖段≤ 13 測溫孔 m /個 421/ 470/ 460/1 404/ 470/ 460/1 規(guī)格 φ 108 6㎜ 14 水文孔 m /個 240/ 320/1 240/ 325/1 水文管 φ1 406 15 鉆孔工程量 m 33782 34159 67941 16 井筒需冷量 104Kcal/h 413 418 17 凍結站標準制冷量 2863 最大用電負荷 11000 KVA 18 鹽水溫度 ℃ 30～ 33 工期 d 385 385 1 造孔 d 100 100 2 地溝槽 d 15 15 3 開機至試挖 d 85 85 4 試挖至開挖 d 20 20 試挖 20m 5 開挖至停機 165 165 要求成井 80m/月 編制依據(jù) ? 濟寧礦業(yè)集團 霄云煤礦 主 檢鉆孔柱狀圖； ? 濟寧礦業(yè)集團 霄云煤礦 副 檢鉆孔柱狀圖； ? 濟寧礦業(yè)集團霄云煤礦主、副井井筒打鉆凍結 招標文件； ? 濟寧礦業(yè)集團 霄云煤礦 工業(yè)場地總平面布置圖； ? 業(yè)主提供的其它資料等。 霄云礦井凍結施工組織設 計 表 01 霄云礦主、副井凍結設計參數(shù) 序號 項目名稱 單位 主井 副井 備 注 1 沖積層埋深 m 2 井筒凈直徑 m φ φ 3 井壁厚度 m ≤ ≤ 4 井筒掘砌荒徑 m φ ～ φ ～ 含壁后泡沫板 5 凍結深度 外圈 m 470/430 470/414 短腿進入風化帶 10m 左右 輔助孔 m 430 414 穿過沖積層 防片孔 m 320 300 根據(jù)第二次井壁變截面調(diào)整 6 控制層位 m 凍結管規(guī)格： 外圈、 輔助孔 ≤ 300mφ 1406 mm， ≥ 300mφ1 597 mm ； 防片孔 φ1 40 6 mm。 塑料管：φ 75 6 mm 7 控制層凍結壁厚度 m 8 凍結壁平均溫度 ℃ 15 15 9 凍結圈徑 外圈 m φ φ 輔助孔 m φ 12 φ 防片孔 m φ φ 10 孔數(shù) 外圈 個 20/20 21/21 輔助孔 個 23 24 防片孔 個 11 11 11 開孔間距 外圈 m 輔助孔 m 防片孔 m 12 凍結孔偏斜及最大孔間距 m 300m 以上鉆孔偏斜率≤ ‰； 300m 以下按靶域施工 ,靶域半徑 ,凍結孔向內(nèi)偏斜≤ 300mm。 有關技術規(guī)范、標準及參考資料 ? 《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》， GBJ213— 90； ? 《煤礦井巷工程質量檢驗評定標準》， MT5009— 94； ? 《煤炭工業(yè)建設工程質量技術資料管理規(guī)定》； ? 《煤炭工業(yè)煤礦井井巷工程、建筑安裝單位工 程質量保證資料評級辦法》； ? 《建井工程手冊》第四冊凍結部分； ? 《煤礦安全規(guī)程》（ 2020年執(zhí)行）； ? 參考《凍結技術規(guī)程》（審查意見稿）、《建井技術》等相關技術文件和資料 第一章 礦井 概況 工程概況 霄云煤礦位于金鄉(xiāng)縣霄云鎮(zhèn)境內(nèi)，工業(yè)廣場北距棗曹線省道 1600m，西距 105 國道 18 公里，交通便利，交通便利。地面自然標高＋ ,井口設計標高 +。 表 02 霄云礦井主、副井井筒主要技術特征表 地質概況 地層 序號 項目 單位 主井 副井 備注 井口 位置 X m Y m 1 井口標高 m 2 井筒車場水平 m 暫定 790 暫定 790 3 井筒凈直徑 m φ φ 4 井筒凈斷面積 m 5 最大井壁厚度 m2 6 最大掘砌荒徑 m 7 表土厚度 m