杨村煤矿主井井筒冻结工程施工组织设计.docx
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杨村煤矿主井井筒冻结工程施工组织设计
杨村煤矿主井井筒冻结工程施工组织设计
国投新集能源股份有限公司
杨村煤矿主井井筒冻结工程
施
工
组
织
设
计
中煤特殊凿井（集团）有限责任公司
2009年5月
编审人员
设计
校对
审核
处总工程师
处长
集团副总工程师
集团领导
会议纪要------------------------------------------------------------------------------4
一、设计依据和矿井概况---------------------------------------------------------11
二、地质概况------------------------------------------------------------------------13
三、冻结方案设计------------------------------------------------------------------21
四、冻结施工工艺设计------------------------------------------------------------26
五、临时井架基础内冻结孔施工措施------------------------------------------36
六、施工管理与保证安全生产、文明施工的措施---------------------------37
七、冻结施工监测、监控---------------------------------------------------------51
八、对本工程的看法及认识-------------------------------------------------------56
九、附图表----------------------------------------------------------------------------57
会议纪要
会议名称：
杨村煤矿主、风井冻结设计方案专家评审会
时间：
2008年12月2日16：
00
地点：
淮北市口子国际大酒店三楼多媒体会议室
主持人：
郑高升
参会人员：
安徽理工大学：
姚直书、成春奇、胡业林、冯士安
南京设计研究院：
林鸿苞、杨兴全
安徽省煤田地质局：
魏振岱、吴松贵
中煤特殊工程公司：
赵时运、郭圣旵、张亚光、马进、
杨家星、孟祥民、陆卫国、李子祥、
朱宗振
国投新集公司：
居宪博、赵久良
会议主要内容及讨论意见：
为了优化和审核杨村煤矿主、风井冻结设计方案，由公司副总经理郑高升召集高等院校、设计单位、施工单位等相关单位的专家学者召开专题会议。
会上，与会专家深入讨论、认真分析。
会议具体内容纪要如下：
1、主、风井冻结设计方案存在问题较多，本次作为初审，要求中煤特殊凿井有限责任公司重新编写杨村煤矿主、风井冻结施工组织设计，然后重新组织专家评审。
2、冻结孔深度处于外壁变径附近时，则此圈冻结孔超过变径处往下延深10m。
3、主、风井冻结壁厚度不够，建议主、风井冻结工程施工组织设计中的外圈孔圈径增加，外圈孔孔间距不变，增加外圈孔孔数。
4、主、风井红层上、下段井壁结构相同，但红层上、下段对应的冻结壁厚度不同，红层下段对应的冻结壁厚度较小，设计不合理，建议施工方进行设计优化，确保此段冻结安全。
5、主、风井冻结工程施工组织设计水文孔不得少于4个，分别报导4个含水层冻结壁交圈情况，每个水文孔报导的含水层数不宜太多。
6、中煤特殊凿井有限责任公司必须使用国内一流、高效率的冻结设备。
7、主、风井井筒综合成井速度更改为60-70m/月。
8、杨村煤矿主、风井冻结施工组织设计必须由中煤特殊凿井有限公司组织审批、会签，中煤特殊凿井有限公司总工程师要签字，会签后的主、风井冻结施工组织设计报国投新集公司基建部和杨村矿备案。
9、外排孔、中排孔、内排孔终孔时从东南西北4个方向各取至少20m的岩芯。
10、冻结施工过程中必须进行盐水流量检测和第三方复测。
11、主井井架基础与主井冻结孔平面位置关系问题由南京设计院与中煤特殊凿井有限公司配合处理。
12、结合口孜东矿三对井筒冻结施工实际情况，主、风井冻结施工组织设计中要有防断管的新措施。
会议纪要
会议名称：
杨村煤矿主、副、风三井冻结设计方案专家评审会
时间：
2008年12月18日上午、下午
地点：
合肥两淮豪生大酒店3楼会议室
主持人：
程桦
参会人员：
南京设计院：
林鸿苞、杨兴全
合肥设计院：
汪春芹
安徽省煤田地质局：
吴松贵
安徽理工大学：
成春齐、胡业林
中煤特殊工程公司：
郭圣旵、赵时运、陆卫国、李子祥
国投新集公司：
李功洲、郑高升、赵世晨、居宪博、
赵久良
中煤一建公司：
马万昌、赵志福、张立刚、杜刚
会议主要内容及讨论意见：
为了优化和审核杨村煤矿主、副、风三井冻结设计方案，由公司副总经理郑高升召集高等院校、设计单位、施工单位等相关单位的专家学者召开专题会议。
会上，与会专家深入讨论，认真分析，对副井冻结工程施工组织设计进行了优化和审批，具体内容纪要如下：
1、主、副、风三井钻孔平面布孔符合两淮地区地层特点，方案可行，不需要更改。
2、副井内圈冻结孔深度是否向下延伸，待岩层取芯后分析地层情况再行确定。
3、若主、风井红层上部强度比沙层强度大很多，各孔深度按照设计不动；若主、风井红层上部强度与沙层强度相当，则中圈孔短腿深度向下延伸；若主、风井红层上部强度比沙层强度小，则内圈孔、中圈孔深度向下延伸；若主、风井红层上部强度比沙层强度小很多，除内圈孔、中圈孔深度向下延伸外，外圈孔深度也需向下延伸。
4、主、副、风三井按照原设计布置四个水文孔，分别报导各个含水层交圈情况，为防止主、副、风三井上、下部地层沟通窜水，影响交圈，应对三井四含水文孔采取相应的措施。
5、为确保冻结时主、副、风三井温度情况的准确性，建议主、副、风三井施工时做温度场分析，要求由安徽理工大学姚直书老师用有限元方法对温度场进行分析。
6、为保证安全、质量和工期的需要，主、副、风三井掘进进度定为60～70m/月。
7、主、副、风三井冻结孔施工时必须编写防断管措施并且将管材内箍式连接方式制图，附在措施内。
8、主、副、风三井布置测温孔时应该在各井红层处加密测点监测盐水流量，并将测点布置在红层出水处。
9、安徽理工大学应加快主、副、风三井井壁结构科研项目的研究并将资料交给南京设计院，方便南京设计院加快三井井壁结构图的设计。
10、主、副、风三井施工时，要求外圈孔、中圈孔、内圈孔均从东南西北4个方向进行取芯，取芯孔必须穿过整个红层，并对三井整个红层做冻土试验，各孔取芯时由安徽理工大学成春齐老师现场指导。
会议纪要
会议名称：
杨村煤矿主副风井冻结施工组织设计专家组审查会
时间：
2009年5月15日9：
00
地点：
淮南新锦江宾馆二楼一号会议室
主持人：
郑高升
参会人员：
安徽建工学院：
程桦
南京设计研究院：
周秀忠、杨兴全、李现春
安徽理工大学：
成春奇
合肥煤炭设计研究院：
杨裕官、赵广清等
安徽省煤田地质局：
魏振岱
安徽煤田地质局第一勘探队：
吴松贵
中煤一建公司：
马万昌、李军贤
中煤特殊凿井有限责任公司：
赵时运
中煤特殊凿井有限责任公司淮南工程处：
郭圣旵、陆卫国
国投新集公司：
梁袁、居宪博、李方文、赵久良等
杨村矿副井冻结孔冻土试验结果出来后，为了进一步审批和优化杨村煤矿主井、副井、风井冻结工程施工组织设计，由公司副总经理郑高升召集高等院校、设计、施工等有关单位的专家学者召开专题会议。
会上，与会专家深入讨论、认真分析，并达成如下共识：
1、原则上同意主井、副井、风井冻结工程施工组织设计。
2、为确保红层段冻结安全，副井外排冻结孔、主风井内排冻结孔和外排孔及中排孔短腿深度变更为穿越红层往下延伸10m。
3、主井冻结深度变更为723m。
4、主、副、风井冻结工程施工组织设计中冻结孔冲积层以上终孔间距及冻结管管径局部不符合《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）鉴于该规范系1991年版本需修订，冲积层以上终孔间距及冻结管管径按专家组审核通过的主、副、风井冻结工程施工组织设计执行。
5、审查确定的主、副、风井冻结深度与投标书不一致的设计变更，由建设方承担费用。
一、设计依据和矿井概况
1.1编制原则
（1）满足业主对总工期的要求和里程碑工期的要求；
（2）以确保确保井筒掘砌施工安全的条件下，进行施工部署，制定施工方案、方法及技术措施；
（3）工程质量达优良标准；
（4）采用监控系统和信息反馈系统指导施工；
（5）严格执行国投新集能源股份公司杨村矿对项目施工的文明、环保、安全、卫生健康等有关管理条例的要求，树立良好的工程形象和社会形象；
（6）采用新技术、新工艺、新材料、新设备组织工程施工。
1.2设计依据
（1）《煤矿井巷工程质量检验评定标准》
（2）《矿山井巷工程施工及验收规程》
（3）《煤炭工业建设工程质量技术资料管理规定》
（4）《煤炭工业煤矿井巷工程、建筑安装工程单位工程质量保证资料评级方法》
（5）《建井工程手册》
（6）《中国煤矿建井技术》
（7）《煤矿安全规程》
（8）《煤炭工业企业设备管理规程》
（9）《设备安装工程施工及验收规范》
（10）《氨制冷系统安装工程施工及验收规范》
（11）《工业金属管道工程施工及验收规范》
（12）《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》
（13）《压力管道安全管理与监察规定》
（14）《环境管理体系—要求及使用规范》
（15）《职业健康安全管理体系—规范》
（16）《国投新集能源股份有限公司杨村煤矿主、副、风井井筒冻结工程》[招标编号：
SDICXJ0108-09-059]
（17）《主井井筒井壁结构图》
（20）《主井井筒预想柱状图》
（21）《杨村煤矿工广局部布置简图》
（22）《主井井筒检查孔平面布置图》
（23）《主井井筒检查孔地质报告》
（24）《招标补充资料及答疑》
（25）《现场踏勘、调查取得的资料》
1.3矿井概况
（1）工程概况
国投新集能源股份公司杨村矿，位于安徽省淮南市凤台县杨村乡。
设计年生产能力5.0MT/a，井田地处淮河冲积平原，地势平坦，属全隐伏型煤田，覆盖于煤系地层上的新生界松散层较厚，目前施工条件基本具备。
井筒主要技术特征见下表：
序号
项目名称
单位
主井
1
井筒净直径
m
Ф7.5
2
冲积层厚度
m
538.25
3
冻结深度
m
723
4
井壁最大厚度
m
2.303
（2）施工条件
建设单位提供10KV电源供施工单位使用，在变电所设备出线端装表计量，费用由施工单位承担。
二、地质概况
2.1地质概况
杨村煤矿位于淮南煤田的西部，淮南复向斜中的次级褶曲陈桥背斜的南翼西段,总体为一不完整向斜构造,南翼被F1断层切断。
该矿井地质条件较为复杂，表土层深厚。
本井田新生界松散层相应划分为四个含水层（组）和三个隔水层（组）。
1．第一含水层（组）底界埋深在32.4m，10m以下实际取芯主要以土黄色～灰黄色粉、细砂为主，夹薄层灰褐色粘土，砂层颗粒较细、松散，局部含有少量石英细砾；在主井检查孔中，据测井曲线反映，可有细中砂或粗砂，夹砂质粘土。
该层接受大气降水和地表水补给，水位随季节变化，含水性中等，属潜水～弱承压水，是农业灌溉和居民生活用水源。
2．第二含水层（组）顶界埋深58.90m，底界埋深85.40m，以土黄色中细砂、粉砂为主，夹灰绿色～土黄、土红色粘土，砂层较松散，粘土可塑性强。
二含地层结构表
检查孔名称
埋深
厚度
砂层
土层
砂层占百分数（%）
顶
底
层数
累厚
层数
累厚
主检
58.90
85.40
26.50
4
16.40
2
10.10
62
松散层取芯孔
58.20
85.50
27.30
4
15.00
2
12.30
55
3．二隔底界即为三含顶界，三含底界埋深319.40m，层厚223.80m。
三含地层结构见表。
三含地层结构表
检查孔名称
埋深
厚度
砂层
土层
砂层占百分数（%）
顶
底
层数
累厚
层数
累厚
主检
95.60
319.40
223.80
12
194.00
8
29.80
87
松散层取芯孔
93.00
321.00
228.00
31
196.50
15
31.50
86
三含以砂层为主，砂层累厚194.00m，占三含总厚87%。
以灰绿色为主，有棕色、土黄色中砂、中粗砂、细砂，厚层状，夹簿层粘土和砂质粘土。
砂层大多较松散，而粘土、砂质粘土固结良好，可塑性强，局部含钙质。
上部据邻区刘庄抽水资料，水位标高14.628m，q=0.587l/s·m，k=7.25m/d，水质为HCO3·CL—Na水，是矿井主要供水层位。
下部据邻区刘庄水2、水3孔抽水资料，水位标高24.50～24.58m，q=1.028～1.032l/s·m，k=12.51～15.97m/d，水质为CL—Na水，矿化度2.24～2.34g/l，水温27℃。
4．四含底界埋深538.25m，组厚90.65m，在工业场地内，据检查孔揭露，上部为巨厚层的细砂～中粗砂，少数有粉细砂，灰绿色，少数灰色，成份以石英为主，次为长石，见有云母片及少量暗色矿物。
下部及底部有砂砾层，砾石成份主要为石英，大小一般3×3×5cm，大者有6×7×9cm，磨园度为次棱～次园状，分布不均。
四含中夹有1～4层薄层粘土或砂质粘土，灰绿色，少数浅紫红色，可塑性强，局部见钙质结核。
2.2冻土试验结果
1．冻土单轴抗压强度
序号
取样深度（m）
土层性质
抗压强度（Mpa）
-5℃
-10℃
-15℃
-20℃
1
173-183
中砂
3.1
5.2
6.9
2
193.9-195.9
砂质粘土
2.1
3.4
4.6
3
261.7-267.2
砂质粘土
2.3
3.6
4.8
4
319.4-331
粘土
2.0
3.2
4.1
5
344-351.2
砂质粘土
2.4
3.5
5.1
6
375-386
粘土
3.6
5.5
7.8
7
406-420
粘土
3.2
4.4
6.5
8
420-430
粘土
3.3
4.6
6.7
9
430-448
粘土
3.1
4.2
6.2
10
470-489
中砂
2.9
4.7
6.5
11
506-519
中砂
2.7
4.4
6.2
2．冻土冻胀试验结果
序号
取样深度（m）
土层性质
冻胀力（MPa）
冻胀率（%）
2
193.9-195.9
砂质粘土
0.51
3.52
3
261.7-267.2
砂质粘土
0.52
3.74
4
319.4-331
粘土
0.56
2.72
5
344-351.2
砂质粘土
0.74
5.49
7
406-420
粘土
0.48
2.15
8
420-430
粘土
0.83
4.19
9
430-448
粘土
0.82
3.92
10
470-489
中砂
0.86
5.26
3．冻结温度试验结果
序号
取样深度（m）
土层性质
冻结温度（℃）
备注
2
193.9-195.9
砂质粘土
-1.1
3
261.7-267.2
砂质粘土
-1.1
4
319.4-331
粘土
-1.4
5
344-351.2
砂质粘土
-2.7
7
406-420
粘土
-1.9
8
420-430
粘土
-1.7
9
430-448
粘土
-1.8
10
470-489
中砂
-1.7
4．冻土导热系数测定结果
序号
取样深度（m）
土层性质
表面温度（℃）
导热系数w/（m·k）
备注
-5
-10
-15
-20
2
193.9-195.9
砂质粘土
1.52
1.70
1.82
3
261.7-267.2
砂质粘土
1.47
1.65
1.78
4
319.4-331
粘土
1.51
1.66
1.73
5
344-351.2
砂质粘土
1.61
1.74
1.82
7
406-420
粘土
1.72
1.82
2.07
8
420-430
粘土
1.66
1.77
2.02
9
430-448
粘土
1.68
1.80
2.12
10
470-489
中砂
1.71
1.82
2.03
5．冻结粘土比热容测定结果
序号
取样深度（m）
土层性质
比热J/（g·k）
备注
2
193.9-195.9
砂质粘土
1.32
3
261.7-267.2
砂质粘土
1.42
4
319.4-331
粘土
1.61
5
344-351.2
砂质粘土
1.53
7
406-420
粘土
1.45
8
420-430
粘土
1.48
9
430-448
粘土
1.49
10
470-489
中砂
1.47
6．冻土蠕变试验结果
序号
土性
温度
（℃）
应力
（ＭPa）
时间
（H）
应变
（%）
应变与时间、
应力关系式
2
砂质粘土
-5
0.63
24
5.17
ε=10891σ2.713t0.162
0.84
24
11.27
1.05
24
20.63
1.47
0.83
29.97
-10
1.02
24
6.44
ε=3.004σ2.461t0.225
1.36
24
13.07
1.70
24
22.62
2.38
2.12
29.99
-15
1.38
24
6.1
ε=2.116σ2.028t0.1299
1.84
24
10.93
2.30
24
17.17
3.22
9.2
29.99
3
砂质粘土
-5
0.69
24
4.07
ε=6.239σ2.523t0.158
0.92
24
8.4
1.15
24
14.73
1.61
3.26
24.99
-10
1.08
24
7.22
ε=1.882σ2..331t0.379
1.44
24
14.11
1.80
24
23.72
2.52
3.44
24.98
-15
1.44
24
10.82
ε=4.216σ0.948t0.19
1.92
24
14.18
2.40
24
17.49
3.6
11.86
20.99
4
粘土
-5
0.60
24
2.11
ε=4.226σ2.273t0.146
0.80
24
4.05
1.00
24
6.73
1.40
10.62
12.84
-10
0.96
24
5.02
ε=3.399σ2.206t0.151
1.28
24
9.43
1.60
24
15.38
2.24
5.89
25.99
-15
1.23
24
4.01
ε=1.412σ1.622t0.223
1.64
24
6.38
2.05
24
9.16
2.87
14.5
14.12
冻土蠕变试验结果（续）
序号
土性
温度
（℃）
应力
（ＭPa）
时间
（H）
应变
（%）
应变与时间、
应力关系式
5
砂质粘土
-5
0.72
24
7.3
ε=7.029σ1.471t0.164
0.96
24
11.15
1.20
24
15.48
1.68
13.5
23.1
-10
1.05
24
5.87
ε=1.724σ2.239t0.351
1.40
24
11.17
1.75
24
18.41
2.45
6
25.71
-15
1.53
24
6.1
ε=3.186σ0.849t0.091
2.04
24
7.79
2.55
24
9.42
3.57
14.5
11.97
7
粘土
-5
0.96
24
6.94
ε=4.523σ1.397t0.152
1.28
24
10.37
1.60
24
14.18
2.24
10.4
20.5
-10
1.32
24
6.18
ε=2.011σ1.429t0.228
1.76
24
9.32
2.20
24
12.83
3.08
20
19.92
-15
1.95
24
11.28
ε=3.326σ1.022t0.169
2.60
24
15.13
3.25
24
19.01
4.55
5
20.51
8
粘土
-5
0.99
24
9.87
ε=3.411σ0.818t0.337
1.32
24
12.49
1.65
24
14.99
2.31
13.6
16.33
-10
1.38
24
6.06
ε=2.284σ1.001t0.139
1.84
24
8.09
2.30
24
10.11
3.22
24
14.16
-15
2.01
24
10.15
ε=2.171σ1.201t0.221
2.68
24
14.34
3.35
24
18.74
4.69
8
22.01
冻土蠕变试验结果（续）
序号
土性
温度
（℃）
应力
（ＭPa）
时间
（H）
应变
（%）
应变与时间、
应力关系式
9
粘土
-5
0.93
24
5.14
ε=4.429σ1.062t0.071
1.24
24
6.97
1.55
24
8.83
2.17
24
12.62
-10
1.26
24
6.25
ε=1.812σ2.072t0..239
1.68
24
11.35
2.10
24
18.02
2.94
5
24.87
-15
1.86
24
3.81
ε=1.169σ1.382t0.097
2.48
24
5.58
3.10
24
7.66
4.34
24
12.6
10
中砂
-5
1.02
24
ε=7.007σ1.036t0.121
1.36
24
1.70
24
2.38
10.5
-10
1.4
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