矿副井施工组织设计Word格式.docx
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井田中心南距永城市23km，西至商丘市75km，东至江苏徐州市80km，至安徽淮北市40km，分别与京九、陇海、津浦三条铁路干线有公路连接、或高速公路从本区北缘经过，砀山～～永城公路从井田东部通过，并田内乡间公路纵横成网，交通便利。
1.2地形地貌及水系
1.2.1地势
本区位于淮河冲积平原北部，地势平坦开阔，总体为西北高，南东低。
最高海拔标高+40.2m，最低+32.2m，一般+36～+38m。
1.2.2地表水系
本区属淮河水系，地表水体不发育，主要河流为王引河，流经勘探区东北部边界附近，最大流量为46.6m³
/s，最高水位标高为+39.770m。
其余均为季节性河流，雨季水位上涨，流量增大，旱季水量减少，甚至干涸无水。
1.2.3气象
本区属半干旱湿润季风型气候，年平均降水量877.4m，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量为556.2mm，降水多集中于7、8、9三个月。
多年平均蒸发量为1811.12mm，蒸发量大雨降水量。
每年七、八月最热，一、二月最冷，最高气温为+41.5º
C，最低气温为+41.5º
C，年平均气温+14.4º
C。
夏季多东南风，冬季多北、西北风，多年平均风速3.4m/s，最大风速20m/s。
冰冻期为每年11月初至翌年3月底，最大冻土深度伪0.21m。
1.2.4地震
永城市属郯城～泸江地震带影响范围,地震烈度小于6。
据有关记载，公元925年以来，永城市东部安徽省境内肖县、宿县一带曾发生38次强烈地震。
1668年山东郯城曾发生8.3级地震,永城受到地震影响。
1.3煤炭销售及预测
全国煤炭供需平衡，局部地区偏紧，煤炭产销两旺，煤炭价格基本稳定，煤炭企业经济效益明显好转。
据预测，今后煤炭总体上需求仍呈增长趋势。
整个煤矿的电力设施全部安装到位，已正式投入运营。
薛湖煤矿位于永城市北部23KM的薛湖镇，井田面积81KM2，设计年生产力120吨，服务年限55.1年。
井筒深度为-780M，矿井投资规模68954万元，建设工期41个月。
主副井设计在薛湖镇小金项村。
采矿权由河南神火、永城煤电两集团共同拥有，其中，神火占55%的股份，永煤45%的股份。
目前资源的详查工作已全部结束。
据查，地址储量18339万吨，可供开采储量9257万吨，主采煤层为二2煤，煤层平均厚度2.29M。
2井筒设计概况
2.1井筒地质及测量工作
2.1.1地层
根据井检孔揭露情况，井筒的地层自下而上有：
石炭系太原组（C3）、二叠系山西组（P11sh）、二叠系下石盒子组（P12x）、二叠系上石盒子组（P21sh）、第四系（Q）（附井筒预想柱状图）。
（1）石炭系太原组（C3）
深度在754m～766m，由深灰色生物碎屑灰岩、燧石灰岩、泥岩、砂质泥岩、煤和灰、灰绿、紫红色铝土质泥岩组成。
（2）二叠系山西组（P11sh）
深度在648m～754m，与下伏的太原群呈整合接触，由浅灰~灰白色砂岩，灰色砂质泥岩和煤层组成，己16~17煤位于该组的下部。
（3）二叠系下石盒子组（P12x）
深度在92m～648m，本组下部主要为灰绿色～灰白色中粗粒长石石英砂岩；
中部为深灰色含紫红色及暗紫色斑快泥岩，砂质泥岩；
上部为灰色泥岩、砂质泥岩，中夹灰白色中粒长石石英砂岩，含可采煤层6层。
（4）二叠系上石盒子组（P21sh）
深度在55m～92m，本组主要为浅灰白色中细粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩和薄煤层组成，与下伏的下石盒子组呈整合接触。
（5）第四系（Q）
深度在0m～55m，顶部为殖土，中部为含钙核的粉质黏土层，底部为一薄层乱石层。
2.1.2煤层及瓦斯
该井田水文、地质条件为中等类型，煤层埋藏深（开采水平-780m），表土层厚（近400m）。
全井田总资源储量20210万吨，可采储量9475万吨。
煤质为低～中灰、特低硫、特低磷、中～高发热量、热稳定性好的优质无烟煤和贫煤，煤层不自燃，煤尘具有爆炸性，-750以深瓦斯含量大、地温高。
主要可采煤层为二2煤层，平均厚度2.29m；
其次为三22煤层（平均厚度0.81m）和三3煤层（平均厚度0.79m）。
2.1.3水文地质
（1）含水层组
1）上寒武统和中奥陶统灰岩含水层
由崮山组和马家沟组地层组成，主要岩性为白云质灰岩。
发育溶洞，根据白坪井田地质报告，崮山组灰岩见溶洞钻孔分布于89～付103线之间，在本井田内未见，马家沟组石灰岩主要分布在本井田。
单位涌水量0.00962～1.863L/s.m，水位标高＋428.62～＋229.25m。
含水层顶至二2煤层底板平均间距72.6m，为底板间接充水含水层。
2）太原组下段灰岩含水层组
含水层组为L1～4石灰岩，一般厚度10～18m，单位涌水量0.0021～0.00491L/s.m，水位标高＋407.31～＋263.01m。
含水层顶至二2煤层底板平均间距45.6m，为底板间接充水含水层。
3）太原组上段灰岩含水层组
L7灰岩及以上太原组地层平均厚度16m，L7～9灰岩为含水层，井田内钻孔揭露灰岩含水层厚10.20～37.30m，平均22.76m，无漏水钻孔。
原白坪井田该含水层漏水钻孔主要集中在99～108勘探线之间。
本井田范围内无抽水钻孔，据附近付10301钻孔抽水资料，单位涌水量0.0062～0.2947L/s.m，富水性弱～中等。
为二2煤开采直接充水含水层。
4）山西组砂岩含水层组
在二1煤层以上有4～5层细～粗粒砂岩（俗称大占砂岩、香炭砂岩和冯家沟砂岩）为含水层，井田内钻孔揭露厚度2.45～58.23m，平均20.11m，单位涌水量0.0062～0.0181L/s.m，富水性弱。
5）三22煤层顶底板砂岩含水层组
顶板含水层为细～中粒砂岩1～3层，厚度0～15.8m，平均4.94m，泉水少，流量小于0.5L/s。
底板含水层有细～中粒砂岩1～2层，多为透镜体，一般厚1～17.76m，平均厚度2.92m。
含水层为砂岩孔隙裂隙承压水。
6）平顶山砂岩含水层
岩性主要为厚～巨厚层状中～粗粒砂岩，平均厚69m。
正常情况下该含水层与采煤无关，可作为局部小水量供水水源点。
7）第四系含水层
分布于低山丘陵的沟谷中为坡积洪积和冲积洪积物，平均厚度7.10m，对煤层开采无影响。
（2）隔水层
1）本溪组铝质泥岩隔水层
厚度2～26m，平均10.0m。
层位稳定，是上寒武统和中奥陶统灰岩含水层与太原组下段灰岩含水组之间的隔水层。
2）太原组中段砂泥岩隔水层
L4灰岩顶至L7灰岩底之间的地层，厚14～54m，平均24m，泥岩类占65.8％。
为太原组上、下段灰岩含水组之间的隔水层。
3）二1煤层底板隔水层
L8灰岩顶至二1煤层底板之间地层，一般厚5～10m。
厚度薄，岩性主要为泥岩类夹薄层泥灰岩、细砂岩、煤层。
岩石平均抗拉强度2.1MPa。
隔水性能较差。
4）下石盒子组泥岩类隔水层
三22煤层底板含水层以下的地层，厚约160m，岩性以泥岩砂质泥岩为主，夹薄层砂岩和薄煤层等。
厚度大，层位稳定，是良好的隔水层。
5）上石盒子组泥岩类隔水层
永城砂岩底至三22煤层顶板含水层之间的地层（包括下石盒子组上部地层），厚约320m，岩性以泥岩类为主，厚度大，层位稳定，是良好的隔水层。
（3）断层水文地质特征
1）断层带发育特征
井田内构造以北东向断层为主。
断裂构造带的发育特征是断层导水性和富水条件的重要因素之一。
根据勘探结果，井田内断层的断层带铅垂厚度变化大，影响带比内带厚，上盘影响带一般较厚；
断层内带以胶结疏松状角砾岩为主，局部见糜棱岩、碎裂岩。
影响带中砂岩和石灰岩地层一般裂隙发育，岩芯较破碎，常见方解石脉和黄铁矿晶体充填，泥岩类地层有擦痕、滑面，局部有揉皱现象。
2）断层导水性和富水性特征
箕F32断层影响带有少数钻孔漏水，为影响带局部有导水性的断层，但该地段岩溶列裂隙发育较差，富水性弱。
箕F7断层位于新峰背斜轴附近。
在井田内落差20～90m，具有一定导水性。
2.2全矿井涌水量
利用抽水参数用解析法预算全矿井正常涌水量分别为2377.36m3/h。
最大涌水量按正常值的1.25～1.35倍计算，故薛湖矿预算涌水量为：
正常涌水量
最大涌水量
全矿井
2377.36m3/h
2971.7m3/h
下山涌水量根据同类条件矿井下山实际涌水量资料，取采区正常涌水量700
/h，最大涌水量1200
/h，作为下山采区排水设备选型的依据。
2.3副井筒特征表
副井井筒净直径6.5m，井深707m，井筒中心坐标为X=3920364.889m，Y=38466294.451m，风硐设计方位角90°
。
表2–1副井筒特征表
序号
名称
单位
副井
1
井口
坐标
纬距×
m
3920364.889
径距Y
38466294.451
2
井口标高
+83.8
3
提升方位角
度
243
4
井筒深度
634.8
5
井筒
直径
净
6.5
掘进
冻结段
9.4/10.25/11.05
基岩段
7.7
6
断面
m2
33.2
63.4/82.5/95.9
46.6
7
砌壁
厚度
1.4/1.8/2.2
0.6
材料
钢筋砼
8
表土层厚度
522
9
冻结深度
575
10
井筒装备
一对双层四车1.5t矿车罐笼（宽窄各一），组合钢罐道，玻璃钢梯子
副井：
净直径6.5m，装备一宽一窄1.5t双层四车多绳罐笼、组合钢罐道，设梯子间，井筒内敷设排水管、压风管、洒水管、动力电缆和通讯信号电缆。
担负全矿井的升降人员、设备升降、提矸下料、进风等任务，并兼作井下一安全出口。
详见图2–2
图2–2副井井筒断面图
副井梯子间分别采用玻璃钢梯子间。
各个井筒装备的罐道梁及梯子梁均采用树脂锚杆固定，所有金属构件均应采用玻璃钢进行防腐处理。
井壁结构：
副井200m以浅井壁厚1.4m，200～370m以深井壁厚1.8m，370m以深井壁厚2.2m。
2.4矿井主要生产及辅助系统
2.4.1副井提升系统
采用落地式多绳摩擦轮提升机方式。
选用JKMD-4×
4（III）E型提升机，提升一对1.5t矿车双层四车多绳罐笼。
提升钢丝绳首绳选用43ZBB6V×
37S+FC-1520型三角股钢丝绳，左右同向捻各两根，平衡尾绳选用P187×
29NAT-8×
4×
19-1370型扁钢绳2根，提升速度10.05m/s。
2.4.2矿井通风系统
根据矿井的开拓布置，初期采用中央并列抽出式通风系统，由副井进风，中央风井回风。
经综合技术经济比较选用BDK618-8-NO30型高效率低噪声对旋轴流式通风机2台。
2.4.3矿井排水系统
井下主排水采用一级排水系统，在副井井底建立排水泵房，将矿井涌水直接排到地面。
矿井正常涌水量2377.36m3/h，最大涌水量2971.7m3/h，排水高度615.8m。
矿井选择13台PJ200B×
8型高扬程水泵，排水管选用φ426×
18mm无缝钢管4趟，3趟工作，1趟备用。
西二采区排水设备选择MD450-60×
3G型水泵5台，2台工作，2台备用，1台检修
2.4.4压缩空气供应系统
压缩空气设备选型如下：
（1）选择SA-375W型螺杆压缩机4台，供选煤厂加压过滤机用风，单台空压机排气量64m3/min；
（2）选择SA-250W型螺杆压缩机2台，平时主要供井下风动工具用风，1台工作，1台备用；
选煤厂开机前搅拌介质桶时2台空压机同时工作。
该空压机排气量40.5m3/min。
2.4.5矿井供电系统
（1）供电电源：
薛湖矿的供电电源有两个：
一个是李固110kV变电站，一个是冯营电厂。
目前矿井110kV变电站的双供电电源已形成。
（2）地面供电：
110kV变电站分别以10kV电压双回路电缆向工业场地内主、副井绞车、压风机、通风机等地面高压负荷及站内动力变压器、选煤厂变电所、锅炉房变电所供电，以10kV电压五回路电缆向井下负荷供电。
工业场地内高低压配电系统均采用放射式供电方式。
（3）井下供电：
选用五回护套电力电缆，沿副井井筒下至副井底井下中央变电所供井下负荷用电。
在副井底设井下中央变电所，在东一盘区第二中部车场设东一盘区变电所；
在西二盘区-640m水平设西二盘区变电所。
井下供电电压等级分为：
高压10kV，低压为1140V和660V，照明和电钻电压为127V。
2.4.6井下运输系统
（1）井下大巷运输：
煤炭主运输采用胶带输送机运输。
驱动方式：
头部双滚筒驱动，防爆电机。
胶带类型：
钢丝绳芯阻燃输送带，带强1250N/mm。
辅助运输经分析比较，采用无极绳连续牵引车运输；
人车采用架空乘人器运输方式。
辅助运输用1.5吨固定式矿车、1.5吨材料车、18吨平板车。
（2）采区运输：
西二盘区下山采用胶带输送机。
钢丝绳芯阻燃输送带，带强1600N/mm。
（3）回采工作面煤炭运输：
刮板输送机拟选用SGZ-764/400型，实现与采煤机、液压支架的三机配套。
2.4.7排矸系统
自副井提升的矸石出井口房编组，由电机车牵引到临时矸石山。
3冻结施工
3.1施工方案
副井参照两井检孔资料推算，表土层厚度约为755m。
岩性以粘土、砂质粘土为主，并含有少部分砂砾石层，砂砾石层含水性强、表土层稳定性差，故需采用特殊方法施工。
副井井筒内均装有提升设备，井筒安全间隙必须保证，故对井筒偏斜要求高，基于此国内提升井筒多采用冻结法施工，考虑到本井田表土层深，为保证井筒施工质量，故设计副井井筒表土段采用冻结法施工。
结合井检孔资料，初步确定副井井筒冻结深度为780m，基岩厚度73m左右，根据我国目前特殊凿井施工现状，采用钻井法施工或冻结法施工在技术上均可行。
经分析，冻结法施工，施工工期较钻井法短约8个月，但准备工期较钻井法长约5个月，总工期钻井法略长，但从造价分析，目前钻井井筒造价略低，但国内近几年钻井井筒较少。
经过调研和根据井筒技术特征及设备配备，确定采用冻结法施工。
冻结法在矿井建设中多用于立井的开凿，也用于其它地下工程的不稳定地层或含水极丰富的裂隙岩层施工。
通常，当地下水含盐量不大，且地下水流速较小时（流速v＜17～10m/s），均可使用冻结法。
井筒直径大小和深度基本不受限制。
3.2冻结法施工
3.2.1冻结法的凿井原理
岩土工程冻结制冷技术通常是利用物质由液态变为气态，即气化过程的吸热现象来完成的。
其制冷系统多以氨作为制冷工质。
为了使氨由液态变成气态，由气态又变为液态，如此循环进行，整个制冷系统由三大循环构成：
氨循环系统、盐水循环系统、冷却水循环系统。
这种制冷系统可获得-35℃左右的低温盐水。
立井冻结凿井是利用传统的氨循环制冷技术来完成的。
它是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕——冻结壁，用于抵抗地压、水压,隔绝地下水与井筒之间的联系。
而后，在其保护下进行掘砌施工。
为形成冻结壁，首先在欲开挖井筒的周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器。
低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层之热量，形成冻结圆柱。
冻结圆柱逐渐扩大并连接成封闭的冻结壁，直至达到其设计厚度和强度为止。
然后在其保护下进行掘砌施工，以便安全穿过含水地层。
冻结法凿井主要工艺过程包括：
冷冻站安装、钻孔施工、井筒冻结和井筒掘砌四大内容。
3.2.2冻结壁厚度设计
（1）计算公式
深厚冲积层的冻结壁厚度和安全掘进段高计算：
方法之一是以中国为代表，采用多姆克公式计算砂性土层的冻结壁厚度和维亚洛夫——扎列茨基公式计算粘性土层的安全掘进段高；
1）多姆克公式
多姆克于1915年，把砂性土层冻结壁看作无限长的弹塑性厚壁筒，按第三强度理论推导得出的冻结壁厚度计算公式。
式中：
E——按强度条件计算的冻结壁厚度，m；
R——井筒掘进半径，主井取4.3m，副井取5.25m；
P——计算水平的地压，MPa；
K——砂性土层的冻土计算强度，MPa。
2）维亚洛夫——扎列茨基公式
维亚洛夫——扎列茨基于1962年，把粘性土层冻结壁看作有限长的塑性厚壁筒，按第四强度理论推导出来的冻结壁安全掘进段高计算公式。
或
h——按变形条件计算的安全掘进段高，m；
σT——粘性土层的冻结持久抗压强度或计算强度，MPa；
η——工作面冻结状态系数，掘进工作面为非冻结状态时取
，掘进工作面冻实时取
，即η=0.865～1.73。
为了便于计算，工作面冻土扩展范围为0、1/4、2/4、3/4、4/4时，η值可相应地取1.732、1.516、1.299、1.082、0.865。
（2）计算结果
把冻结设计控制层位的地压值、冻土计算强度、井筒掘进半径以及冻土蠕变参数值等代入公式
～
中，便可求得冻结壁厚度计算值（见表3–1）。
表3–1副井的冻结壁厚度
井筒
副井
净直径/m
冲积层/风化带厚度/m
518/544
冻结深度/m
780
井壁最大厚度/掘进最大直径/m
2.2/10.9
冻结盐水温度/主冻结孔间距/℃·
m-1
-34/3.0
冻结
控制
地层
名称
粉砂
细砂
埋深/m
251.10
496.9
地压/MPa
3.264
6.460
冻结孔布置方式
三圈布置，主冻结孔内侧增设辅助冻结孔
冻结壁平均温度/℃
-8.5
-15.0
11
冻土计算强度/MPa
5.1
7.9
12
冻结壁厚度/m
6.1
9.5
3.2.3冻结孔的布置
（1）冻结孔布置圈直径的确定
薛湖矿副井的冻结壁设计厚度为7.8～9.5m宜采用主冻结孔内侧增设辅助孔与防片帮冻结孔相结合的布置方式，防片帮冻结孔的深度
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