霄云矿井冻结施工组织设计.docx

1、霄云矿井冻结施工组织设计(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)序号项目名称单位主井副井备 注1冲积层埋深m420.35403.92井筒净直径m5.05.53井壁厚度m1.551.604井筒掘砌荒径m6.78.257.28.85含壁后泡沫板5冻结深度外圈m470430470414短腿进入风化带10m左右辅助孔m430414穿过冲积层防片孔m320300根据第二次井壁变截面调整6控制层位m420.35403.9冻结管规格：外圈、辅助孔300m1406 mm， 300m1597 mm；防片孔1406 mm。塑料管：756 mm7控制层冻结壁厚度m7.0m7.4m8冻结壁平均温度-15-1

2、59冻结圈径外圈m17.818.8辅助孔m1212.5防片孔m9.610.010孔数外圈个20202121辅助孔个2324防片孔个111111开孔间距外圈m1.331.34辅助孔m1.791.78防片孔m2.742.8512冻结孔偏斜及最大孔间距m300m以上钻孔偏斜率2.5；300m以下按靶域施工,靶域半径0.7m,冻结孔向内偏斜300mm。最大孔间距表土段：外圈孔2.5m，辅助孔、防片孔按偏斜及靶域要求；基岩段4.5m13测温孔m 个4212、4701、46014042、4701、4601规格108614水文孔m 个2401、32012401、3251水文管1406 15钻孔工程量m337

3、82341596794116井筒需冷量104Kcalh41341817冻结站标准制冷量2863 最大用电负荷11000 KVA18盐水温度-30-33工期d3853851造孔d1001002地沟槽d15153开机至试挖d85854试挖至开挖d2020试挖20m5开挖至停机165165要求成井80m月霄云矿井冻结施工组织设计 表01 霄云矿主、副井冻结设计参数编制依据 济宁矿业集团霄云煤矿主检钻孔柱状图； 济宁矿业集团霄云煤矿副检钻孔柱状图； 济宁矿业集团霄云煤矿主、副井井筒打钻冻结招标文件； 济宁矿业集团霄云煤矿工业场地总平面布置图； 业主提供的其它资料等。有关技术规范、标准及参考资料矿山井巷

4、工程施工及验收规范，GBJ21390；煤矿井巷工程质量检验评定标准，MT500994；煤炭工业建设工程质量技术资料管理规定；煤炭工业煤矿井井巷工程、建筑安装单位工程质量保证资料评级办法；建井工程手册第四册冻结部分；煤矿安全规程（2005年执行）； 参考冻结技术规程（审查意见稿）、建井技术等相关技术文件和资料第一章 矿井概况1.1 工程概况霄云煤矿位于金乡县霄云镇境内，工业广场北距枣曹线省道1600m，西距105国道18公里，交通便利，交通便利。矿井地质储量10120万吨，可采储量4825万吨，矿井设计生产能力90万吨年，立井开拓，在工业广场内布置主、副两个井筒。地面自然标高37.2m,井口设计

5、标高+37.5m。井筒主要技术特征见下表。表02 霄云矿井主、副井井筒主要技术特征表序号项目单位主井副井备注井口位置Xm.000.000Ym.000.0001井口标高m39.539.52井筒车场水平m暂定-790暂定-7903井筒净直径m5.05.54井筒净断面积m19.623.445最大井壁厚度m21.551.606最大掘砌荒径m8.39.07表土厚度m420.35403.98设计冻结深度m470470业主要求1.2 地质概况1.2.1 地层表03 井筒检查孔揭露地层深度统计表孔号第四系Q上第三系N下第三系E石河子组P主检236.1420.5455.8791.00副检240.4401.946

6、6.3830.8主、副井只存在弱风化带，无强风化带，主检孔埋深为456.2m，副检孔埋深为449.38m，1.2.2 第四系流向流速第四系35m内地下水的流向为北西北460，水力坡度7.69，2005年9月11日10时潜水位标高32.7533.80m，地面河流水补给第四系潜水。1.2.3 地温根据地址钻孔测定地温梯度为2.81100m。1.3 冻土试验表04 冻土试验取土层位深度表土层序号试样深度（m）土性层厚（m）1204.00215.90粘土11.902215.90228.30粉细砂12.403246.60260.00粘土13.44331.10348.50粘土17.45349.95356.

7、00砂质粘土6.056381.20389.40砂质粘土8.207390.30417.60粘土27.3注：（1）表中：13层为井筒1号检查孔样品；47层为2号检查孔样品； （2）第4层土样为2号检查孔冻1样品；第5层土样为2号检查孔冻2样品；第6层为2号检查孔冻3和冻4样品；第7层土样为2号检查孔冻5、冻6和冻7样品。表05 样品冻结试验结冰温度土样编号取样深度（m）取样名称冻结温度（）备注1208.35208.55粘土-1.72216.10216.30粉细砂-0.43246.80247.00粘土-0.74334.00334.20粘土-3.05391.90392.10砂质粘土-2.56405.7

8、0405.90砂质粘土-2.87411.80412.00粘土-1.5表06 冻土冻胀力、冻胀率试验结果样品分组土层名称取样深度（m）冻胀力试验冻胀率试验冻胀力（MPa）平均值冻胀率（）平均值1粘土204.00215.900.660.681.901.800.701.802粉细砂215.90228.300.810.842.302.200.862.103粘土246.60260.000.750.761.401.500.771.704粘土331.10348.500.890.883.203.000.902.805砂质粘土349.95356.000.690.672.002.100.652.206砂质粘土38

9、1.20389.400.520.552.602.500.582.507粘土390.30417.600.810.783.163.100.753.05表07 冻土单轴瞬时抗压强度地层分组土性深度（m）试验温度-5-10-15-20单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa1粘土204.00215.901.541.732.752.924.134.136.136.081.792.884.255.711.853.144.016.402粉细砂215.90228.303.133.306.045.878.318.399.969.653.466.45

10、8.469.083.305.138.409.913粘土246.60260.002.202.203.643.334.494.555.425.532.083.594.245.932.322.774.945.234粘土331.10348.501.441.662.752.833.713.534.304.291.752.693.534.691.803.053.353.905砂质粘土349.95356.001.671.661.952.143.553.414.544.451.692.163.264.381.612.303.424.436砂质粘土381.20389.401.741.782.022.224.27

11、4.336.636.391.722.354.336.391.892.294.396.147粘土390.30417.601.811.842.582.583.813.734.114.361.682.403.704.082.032.763.694.881.4 地层特点 粘土层埋藏深且连续厚度大，主井317.6420.35m(厚102.75m),副井322.03403.9m(厚81.87m)； 整体来看冻土单轴抗压强度值偏小，尤其是下部粘土地层； 从应力应变关系曲线可以看出：破坏应变大多在8以内，因此，冻土的破坏应变小； 粘土地层的冻结温度偏高，下部粘土层约在-1.5-3.0之间，尤是331348m粘

12、土地层（第四组样品），样品冻结温度为-3.0；第二章 冻结技术方案2.1 设计目的 设计的冻结壁厚度和强度满足井筒安全掘砌施工的要求，井筒掘砌中不发生因冻结壁原因引起的人员和工程质量事故。 设计应确保基岩段封水及冻结岩帽的形成 根据国内外及本公司深厚表土冻结井施工经验，以满足冻结壁强度，防止冻结壁变形及冻结管断裂为目的，选择合理的施工方案及施工参数。 以施工安全为前提，减少工程量、提高工程效率、降低工程造价，达到安全、快速、高效的施工目的。2.2 冻结方式根据目前国内同类型矿井冻结方式并结合霄云矿井主、副井实际情况，确定主、副井均采用主圈孔、辅助孔加防片孔冻结方案。2.3 冻结深度根据业主要求

13、，主、副井冻结深度均为470m（业主要求）。2.4 冻结壁设计2.4.1冻结壁设计原则按两种极限状态设计，一是冻结壁的极限承载能力；二是冻结壁极限允许变形状态。前者对砂层较合适，因为砂层冻结壁具有脆性断裂的特性，因此其承载能力必须得到满足，否则可能出水冒砂。后者适用于深厚粘土层，因为对于粘土层冻结壁厚度及强度必须满足变形条件，防止出现过大变形而导致冻结管断裂，盐水漏失融化冻结壁，危及井筒安全。2.4.2 基本设计计算参数 冻结壁内半径：主井R主=4.1m、副井R副=4.43； 地压值（采用水土悬浮公式）：P=0.013H（MPa），为安全期间控制层深度H均取最大表土深度，即主井420.35m、

14、副井403.9m； 冻结壁平均温度（控制层）：根据目前国内已施工同类型深厚表土冻结井实际冻结情况，取控制层冻结壁平均温度：主井Tc主=-15、副井Tc副=-15； 冻土抗压强度：根据手册单轴抗压强度选取； 冻土发展速度：参照附近梁宝寺矿井、金桥矿井、花园矿井实际冻土发展速度，选取霄云主、副井控制层冻土发展速度砂层向内20mmd、向外15mmd，粘土层向内16mmd、向外13mmd。 井帮温度（控制层）：砂层Tn=-1113；粘土层Tn=-10-12 盐水温度：Tb=-30-33； 冲积层最大孔间距：L2.5m。 强度安全系数，k=22.5； 掘砌段高，从保证安全和方便施工两方面考虑，控制层暴露

15、段高300m以下取h=2.02.5m； 工作面冻结状态系数；=3（工作面未冻结时）32（工作面冻实时）；设计取主井=1.3、=1.5； 2.4.3 冻结壁厚度由于目前国内外对400m以下深厚表土冻结井冻结壁厚度设计没有较为成熟的计算理论，设计采用两种方法计算冻结壁厚度：一是通过现有计算公式计算；二是采用类比法，与国内外已施工的深厚表土冻结井比较，综合确定冻结壁厚度。 现有计算公式计算冻结壁厚度多姆克公式：E=Ra0.29（Ps）+2.3（Ps）2维亚若夫扎列茨基有限段高公式：E=Ph s里别尔曼公式：E=KHh s煤炭冻结法凿井技术规程中的强度公式：E【k3（1）Ph】s国内数理统计公式：E=

16、0.04RaH0.61表08 冻结壁厚度计算结果表序号计算公式单位主井副井备注1多姆克公式m6.026.2取手册强度,2维亚若夫公式m6.06.653里别尔曼公式m6.77.14冻结法凿井技术规程m6.66.915国内数理统计公式m6.537.02 表09 国内同类型深厚表土冻结井冻结壁厚度比较表矿井名称井筒净径（m）掘砌荒径（m）表土深度（m）冻结深度（m）冻结壁平均温度（）冻结壁厚度（m）开机至开挖天数（d）金桥主井4.57.5376.4412-126.0690副井5.08.2383.1412-126.66120梁宝寺主井5.07.9370.9461-125.770副井6.510.1371

17、.6461-126.772陈四楼主井5.07.6369435-105.3150副井6.59.8373435-106.3180济西主井4.57.3457.78488-147.5副井5.08.0458.7488-147.6元氏副井6.08.8360.7410-105.8涡北主井5.08.2413.9476-126.8副井6.510.1410.5470-127.0花园主井4.58.15476.8512-208.3正在施工副井5.08.65476.8512-208.7正在施工李堂主井5.08.15427.42467-156.6未开工副井5.08.15430.03470-156.6未开工根据计算并结合国

18、内外已施工或正在施工的深冻结井冻结壁设计厚度，确定霄云主、副井控制层冻结壁厚度为：主井E主7.0m、副井E副7.4m(掘砌段高2.0m，空帮时间24h)。2.4.4 冻结壁（强度）平均温度校核采用国内目前普遍采用的单排孔冻结壁平均温度计算公式成冰公式，加修正值计算。TC=Tb1.135-0.352L 0.8753E + 0.266LE -0.466+0.25Tn2.5主井控制层TC=-15.1、副井控制层TC=-15.3；控制层冻结壁强度能满足设计要求。2.5冻结孔深度2.5.1 主孔深度：主井长腿470m、短腿430m；副井长腿470m、短腿414m；2.5.2 辅助孔深度：主井430m；副

19、井414m；2.5.3 防片孔深度：由于上部井壁较薄 （0.85m），辅助孔上部离荒径较远（约2.6 m），上部冻土因动水及空气影响发展速度较慢，试挖时间又短，开挖时冻土离荒径远易出现片帮，影响井壁质量和施工安全及施工速度，增加工程成本。借鉴附近矿井冻结经验教训，设置防片孔，深度主井320m、副井300m（自然地坪算起，深度到井壁第二次变截面位置）。2.6 冻结孔偏斜深厚表土层冻结井施工中，冻结孔施工质量的好坏直接影响冻结工程的成败。为保证冻结壁均匀稳定和冻结工期，根据招标文件要求及霄云实际地质情况并结合当前冻结钻孔实际施工水平，对冻结孔偏斜提出如下要求：2.6.1钻孔垂直度：300m以上钻孔

20、偏斜率2.0；300m以下按靶域施工,靶域半径0.7m,冻结孔向内偏斜300mm。最大孔间距表土段：主孔2.5m，辅助孔、防片孔按偏斜及靶域要求；基岩段4.5m。以上条件必须同时满足。2.6.2孔位偏值：径向向外025，切向25。2.6.3 钻孔深度必须保证冻结管下管深度不得小于设计深度0.5m。2.7冻结孔布置2.7.1 冻结圈径 主孔圈径D=D荒+2（0.6E+H）结合冻土发展速度、掘进速度、冻土向外发展距离、冻结孔实际偏斜及其它深井冻结施工经验，确定主冻结孔圈径：主井为17.8m、副井为18.8m。 辅助孔圈径考虑偏斜、井帮温度及防断管要求，确定辅助孔圈径主井12m、副井12.5m； 防

21、片孔根据冻结工期要求及上部冻土发展速度，并尽可能减少造孔工程量，确定防片孔圈径主井9.6m、副井10m。2.7.2 冻结孔数N =DL主井：主孔N外=42个、辅助孔N辅=21个、防片孔11个。副井：主孔N外=44个、辅助孔N中=22个、防片孔11个。2.7.3 开孔间距L=DN主井：主孔L外=1.33m、辅助孔L中=1.79m、防片孔L防=2.74m。副井：主孔L外=1.34m、辅助孔L中=1.78m、防片孔L防=2.85m；。2.8 冻结管、供液管2.8.1冻结管冻结管主孔、辅助孔0300m采用1406mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接，300m以下采用1597mm20#优质低碳钢无缝管

22、，内管箍连接。防片孔采用1406mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接。2.8.2供液管采用聚乙稀塑料软管，规格：756mm。2.9 测温孔布置布置原则：地下水流上方、冻结壁外侧最大孔间距处；冻结壁内侧界面处；冻结壁外侧主面、界面处；尽可能均匀布置。 主副井各设计4个测温孔，主井421m2个、470m1个、460m1个；副井404m2个、470m1个、460m1个。测温孔具体位置根据冻结孔偏斜情况而定。测温孔采用1086mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接，管底密封，不试压、不灌水，确保不渗水。2.10水文孔布置水文孔：主副井各设计两个水文孔，其中主井240m1个、320m1个；副井240m

23、1个、325m1个。水文管规格：1406mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接。第三章 冻结制冷系统 3.1 氨系统3.1.1井筒最大需冷量：Qmax=KdHnq 主井：Q主max=KdHnq=413104kcal表10 霄云主、副井盐水系统计算表序号项 目 名 称单位主井副井备注1冻结孔数个74772冻结深度m4704703冻结管规格1406、15974盐水干管长m40040037795配集液圈长m1501506井筒需冷量KW472148267盐水比重(-15) m3126512658盐水比热(-35)Kcal0.6450.6459盐水循环量m3h11551155单孔1315 m3h 10盐

24、水干管规格377911供液管直径75612盐水泵型号设12SH6A型盐水泵6台， 流量918 m3，电机310KW，每井2台工作，1台备用3.3 清水系统 新鲜水补充量：W=65 m3(0.051)1000=160T； 冷冻机油：牌号N46 数量80T； 固体氯化钙用量(浓度95%)：G=1.2gbrvbr=840T3.6 冻结站供电设计冻结期间由甲方提供10KV电源，通过架空线或电缆接入冻结站移动式配电站。采用就地无功补偿，提高功率因数后，最大用电负荷为11000KVA；选用移动式变配电室带2500KVA10KV0.4KV变压器2台、1600KVA10KV0.4KV变压器4台。3.7 冻结、

25、制冷系统保温3.7.1 氨系统低温设备、管路保温氨系统低温设备包括：氨液分离器、中冷器等，保温材料用橡塑绝热保温材料（-10厚60mm，-10厚30mm）进行保温。3.7.2盐水系统包括：盐水泵、盐水箱、盐水干管、配集液圈等，分别用橡塑绝热保温材料（60mm）、聚乙烯保温板（100mm）等进行保温，盐水箱底下采用2层100mm聚乙烯保温板保温。3.8 冻结站大临建筑冻结站大临主要包括：冻结机房、设备基础、清水池、配电室、检修室、交接班室、测温室及生活用房等，冻结机房采用钢结构厂房，生活用房采用组装式板房；设备基础采用C150素混凝土；清水池采用砖混结构，面积见附表2。3.9 冻结孔处理由于冻结管深，拔不出来，可用水泥砂浆或细石混凝土将冻结管充填密实。第四章 施工工期4.1 制冷系统安装工期 设备基础施工工期：30天。 制冷系统设备、管道安装工期：45天。 系统试压试漏、保温、调试工期：40天。4.2冻结运转准备工作内容：地沟槽施工、冻结器头部、配集液圈、盐水干管安装及盐水系统试压试漏安排工期：15天。4.3 冻结工期4.3.1 开挖前冻结时间根据霄云矿井实际地质情况，结合已施工矿井