【正文】 形，圓形斷面常采用混凝土、石料或剛勁混凝土支護，具有服務(wù)年限長，承受地壓性質(zhì)較好，生產(chǎn)期間支護不需要或極少需要維護，通風(fēng)阻力小，以及便與施工等一些列有點，因此服務(wù)年現(xiàn)在1015年以上的井筒都采用圓形斷面，其主要缺點是啊斷面利用率較差。由于該井為專門提升煤的箕斗立井，故井筒斷面不考慮梯子間和管路，采用四根罐道繩，按四角布置，根據(jù)箕斗及罐身規(guī)格、罐道間距確定如附圖1所示。 （25）：每根罐道繩的平均緊拉力:每米鋼絲繩重量，L：罐道繩懸垂長，取L=+15=575米：罐道繩最小剛性系數(shù)，考慮去終端荷載和提升速度較大，取=60代入上式得：千克為了消除罐道繩產(chǎn)生共振現(xiàn)象，最后確定個根罐道繩拉緊力及最小剛性系數(shù)如下表。 （26）井筒近似直徑為mm。 （27） 大于等于350mm。最后確定主井井筒斷面布置尺寸如附圖1所示。其特點是強度高，耐火性好，防水性強，施工速度較快，成本較低。當采用整體式鋼筋混凝土井壁時，宜采用C30C70；鋼筋混凝土的井壁的受力鋼筋，宜采用二級、三級鋼筋。鋼筋保護層厚度應(yīng)視所受侵蝕作用情況，一般內(nèi)壁為3070mm；外壁為100mm。類別其他凍結(jié)井的凍結(jié)壓力，得該礦井在8200m段為2MPa。個別井壁的破壞大多是由于受滑坡、采場移動的影響，或由于巖層的構(gòu)造應(yīng)力所致。選擇井壁厚度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、井筒直徑、井壁材料等因素，通過計算和實踐相結(jié)合的方法進行選擇，以達到安全可靠、經(jīng)濟合理的目的。：井壁單位面積上所受到的側(cè)壓力標準設(shè)計值，則各段的厚度為：第一段 實際取第二段 實際取第三段 實際取井壁結(jié)構(gòu)見附圖1所示。:井壁圓環(huán)計算高度，一般去計算：井壁材料的泊松比系數(shù)，將各數(shù)字代入上式的： 故滿足要求 故滿足要求 故滿足要求 圓環(huán)井壁內(nèi)力計算在均布荷載作用下的圓環(huán)井壁，根據(jù)內(nèi)外半徑的比值，分為薄壁井筒和厚壁井筒兩種。即 （212）其他兩段都比第一段大，所以三段均按厚壁圓筒計算。當 ； ；井壁外緣環(huán)向應(yīng)力為 （215）：井壁截面中心至井筒中心的距離，m當 ； ；井壁內(nèi)緣環(huán)向應(yīng)力為　　 （216）當 時 計算結(jié)果與在均布荷載作用下的圓環(huán)井壁外側(cè)受力相符合，同時也滿足混凝土井壁的抗壓強度。強度驗算： 由于，所以按厚壁圓筒計算；即 （217）：井壁所受標準側(cè)壓力，：井壁材料的設(shè)計抗壓強度設(shè)計值，：井壁圓環(huán)的縱向穩(wěn)定系數(shù)，查《采礦設(shè)計手冊3》附表411得、：為井壁的內(nèi)外半徑，m代入數(shù)據(jù)計算得：第一段井壁： 第二段井壁： 第三段井壁： 環(huán)向配筋計算： 由上述計算可知第一段和第二段井壁不能滿足強度要求，所以可采用配置鋼筋的方法來解決。故選用Ⅱ16＠44，雙層配置鋼筋。第三段井壁雖然滿足要求，但為了安全也根據(jù)最小配筋率配置Ⅱ18＠55鋼筋。按這兩種方法分別計算所得的結(jié)果，選其大者作為井頸的設(shè)計厚度。按軸向力計算：假設(shè)作用在土層上的設(shè)計軸向總荷載=20000。則井頸厚度由以下公式得： （219）：井頸厚度，m:井桶內(nèi)直徑，m:井壁厚度，在此代入數(shù)據(jù)得： 按側(cè)壓力計算： （220）由前面數(shù)據(jù)代入得： 強度驗算：在垂直荷載作用下用下列公式驗算；對土層： （221）：井頸或巖土層的垂直應(yīng)力，：建于巖土上的井頸底寬，m:井筒外直徑，m 代入數(shù)據(jù)得： 不滿足要求對井頸： （222）：井筒縱向穩(wěn)定系數(shù)，：素混凝土抗壓強度設(shè)計值，：井筒內(nèi)徑，m其他符號同前代入數(shù)據(jù)得： 滿足要求由于施工時有很多的臨時荷載和機械振動的外加應(yīng)力，所以為了施工和以后運行的安全，取。在一般情況下，井壁的豎向鋼筋主要起架立鋼筋和分布鋼筋的作用，故通常按構(gòu)造要求配置豎向鋼筋。本設(shè)計選取外壁為80 mm，內(nèi)壁為40 mm。局部凍結(jié)或分段局部凍結(jié)，分期凍結(jié)(又稱分段凍)。經(jīng)供液管輸送到凍結(jié)管底部，并沿凍結(jié)管的環(huán)形空間上升，經(jīng)回液管，沿集液圈，鹽水干管流回凍結(jié)站鹽水箱內(nèi)。一次凍結(jié)全深施工方案適用于各種地層，但所需制冷量最大。可適當加大長管的供液管直徑，采用正循環(huán)，而短管采用反循環(huán)；上部利用長短管共同凍結(jié)，盡快形成凍結(jié)壁，給井簡提前開挖創(chuàng)造條件；下部由于凍結(jié)管間距大，凍結(jié)壁較薄，減少了井簡下部的凍土挖掘量。其基巖與沖積層之間．有水力聯(lián)系，涌水量大于10/時。壓力大的含水地層。深部（＞200m）－－。 凍結(jié)壁設(shè)計設(shè)計原則：凍結(jié)壁屬于彈性粘滯體，在外荷載作用下呈現(xiàn)彈性取和塑性區(qū)，并產(chǎn)生塑性變形。因此，凍結(jié)壁厚度既要滿足強度條件，又要滿足變形條件的要求。 鹽水溫度的確定鹽水溫度是影響凍結(jié)技術(shù)經(jīng)濟效果的主要參數(shù)之一。根據(jù)國內(nèi)的經(jīng)驗，設(shè)計層位的鹽水溫度一般可按沖積層厚度及井筒直徑選取。終孔間距過大，將延長凍結(jié)時間和削弱凍結(jié)壁的強度，甚至導(dǎo)致凍結(jié)困難。 控制層地壓確定因為518處是表土層與基巖的分界層，所以選取518米處的地壓為控制層地壓P= 初選凍結(jié)壁厚度和預(yù)見的井幫溫度根據(jù)318米出的地壓和井筒掘進直徑（井壁厚和最大掘進直徑）。表33 凍結(jié)井筒井幫溫度參考值深度（米）50100150200250300350400井幫見凍土后開挖的（℃）砂土0～11～33～55～77～99～1111～1313～15粘土2～31～00～22～44～66～88～1010～12井幫未見凍土后開挖的（℃砂土1～2177。 （33）：凍結(jié)壁厚度，m：井筒掘進半徑，第三段需要的凍結(jié)壁厚最大，所以只要第三段的凍結(jié)壁厚度能滿足，其他各段都能滿足，所以只計算第三段的凍結(jié)壁厚度，并且凍結(jié)孔布置時也按此值設(shè)計。 安全掘進段高的確定把粘性土層凍結(jié)壁看作有限長的塑性厚壁筒，按第四強度理論推導(dǎo)出來的凍結(jié)壁安全掘進段高維亞洛夫公式計算。凍結(jié)孔的開孔間距和偏斜率的確定由下表41確定：表34 凍結(jié)孔的開孔間距和偏斜率設(shè)計參考值沖積層埋深H（米）＜100100～200200～300＞300開孔間距（米）～ ～偏斜率（%）～～3～凍結(jié)孔內(nèi)外側(cè)厚度比值取50：50 凍結(jié)孔計算主凍結(jié)孔的圈徑計算： （35）：凍結(jié)孔布置圈直徑，m：凍結(jié)筒掘進直徑，按第三段設(shè)計：凍結(jié)壁設(shè)計厚度，：沖積層最大埋深，815m：凍結(jié)壁外側(cè)厚度，m：凍結(jié)孔設(shè)計偏斜率，查34得代入數(shù)據(jù)計算得： 主凍結(jié)孔個數(shù)計算： （36）：主凍結(jié)孔個數(shù)：主凍結(jié)孔預(yù)選開孔間距，代入數(shù)據(jù)計算得： 實際主凍結(jié)孔開孔間距 輔助凍結(jié)孔圈徑的計算： （37）：輔助凍結(jié)孔布置圈直徑，m：輔助凍結(jié)孔距井幫的距離，：主凍結(jié)孔距井幫的距離，m:輔助凍結(jié)孔深度為522m代入數(shù)據(jù)計算得：輔助凍結(jié)孔個數(shù)計算： （38）：輔助凍結(jié)孔個數(shù)：輔助凍結(jié)孔開孔間距代入數(shù)據(jù)計算得：實際輔助凍結(jié)孔開孔間距為：在輔助凍結(jié)孔內(nèi)側(cè)增加一拳防片幫凍結(jié)孔，深度為480m，圈徑為13m，凍結(jié)孔個數(shù)為20個。水文孔和測溫孔的布置對于準確判斷開挖時間，以及縮短工期有著及其重要的作用。為加強對凍結(jié)壁溫度場的監(jiān)測，井筒設(shè)計5個測溫孔。水文孔布置：井筒設(shè)計三個水文孔。凍結(jié)孔、測溫孔、水文觀測孔見附圖2所示 冷凍量和凍結(jié)期計算由下圖31知，制冷系統(tǒng)由氨循環(huán)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和鹽水循環(huán)系統(tǒng)三部分組成?；狙h(huán)如圖21所示，蒸發(fā)器中的飽和蒸汽氨經(jīng)氨液分離器將夾帶的液氨離擠后，被壓縮機吸入并壓縮至冷凝壓力(10大氣壓左右)變成過熱(100℃左右)蒸汽，通過油脂分離器將油脂析出后，流入冷凝器，經(jīng)20℃左右的水冷卻變成液態(tài)氨，然后進入氨掖貯存器，并通過管路、經(jīng)節(jié)流閥降至蒸發(fā)壓力，進入蒸發(fā)器中汽化。2314圖31 氨循環(huán)系統(tǒng)圖 （39）：為一個井筒服務(wù)時的冷凍站需冷量，：鹽水系統(tǒng)的冷量損失系數(shù)。當冷凍站制冷能力小，鹽水管路長，保溫質(zhì)量差，在夏季進行積極冷凍時。：凍結(jié)管的總散熱能力， （310）：凍結(jié)管外直徑，選用133mm的鋼管：凍結(jié)深度，外圈為550m，中圈為575 m，內(nèi)圈為520 m：凍結(jié)孔數(shù)量表35 凍結(jié)管最大散熱系數(shù)（單位熱流量）參考值鹽水運動狀態(tài)凍結(jié)管最大散熱期的鹽水溫度（℃）值（）備 注層流20～2525～30180～210210～240表中值按凍結(jié)段平均地溫為℃計算，平均地溫升高或降低1℃，值約增加或減少3 紊流20～2525～30（180～210）（210～240）：凍結(jié)管的散熱系數(shù)或單位熱流量，與鹽水的溫度或運動狀態(tài)、巖層的導(dǎo)熱性能、凍結(jié)時間、凍結(jié)壁厚度等因素有關(guān)。由下式計算：所以冷凍站一共安裝上述型號的冷凍機30臺，同時工作才能滿足井筒凍結(jié)需冷量。根據(jù)井筒主檢孔柱狀圖分析：0～110m段，含2層中細砂、1層中砂、1層粗砂、1層礫石；110～385m段，1層細砂、1層礫石；385～518m段，含1層中細砂、1層中粗砂、1層礫石。根據(jù)熱平衡原理計算積極凍結(jié)期： （311）：凍結(jié)壁總需冷量：凍結(jié)管總散熱能力，千卡/小時：凍結(jié)壁表面散熱能力，千卡/小時 （312）：將固體顆粒從自然溫度冷卻到設(shè)計溫度所需要的冷量，千卡：將水從自然溫度冷卻到0℃所需的冷量，千卡：將0℃水變成0℃冰所需的冷量，千卡：將0℃冰冷卻到設(shè)計溫度所需冷量，千卡 （313）：凍結(jié)壁中固體顆粒的體積，：固體顆粒的平均容重，取2600：固體顆粒的平均比熱，℃ （315） （316）：冰的容重，900：冰的比熱，根據(jù)前面凍結(jié)方案設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)計算得出的凍結(jié)壁交圈時間、孔圈之間凍土交匯時間、凍土擴至井幫時間，綜合分析，認為主井積極凍結(jié)105天基本上具備試挖條件。 自然解凍時間凍結(jié)井壁的自然解凍是冰融化成水的過程，解凍期為停止凍結(jié)至凍結(jié)壁溶解透水的時間。表36 凍結(jié)壁的自然凈解凍速度凍結(jié)地層凈凍結(jié)速度（毫米/天）鈣 質(zhì) 粘 土 砂 質(zhì) 粘 土細 砂粗 中 砂中 粗 砂砂 礫 層表37 主井凍結(jié)參數(shù)序號項目名稱單位主井備