固矿井及选煤厂工程施工技术方案Word文档下载推荐.docx
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第三系粘土的自由膨胀率最大为115.4％，膨胀力达到507.77kpa。
第三系粘土膨胀性较强的孔段主要一是196.4～246.7m，膨胀率70.1～94.7％，膨胀力247.84～289.44kpa；
二是孔深322.2～372.8m，自由膨胀率91.1～112％，膨胀力94.2～163.88kpa；
三是孔深382.9～388m，自由膨胀率113.2～115.4％，膨胀力15.19～17.1kpa；
四是孔深462.3～495.5m，自由膨胀率99～105.5％，膨胀力209.16～420.17kpa；
五是孔深542.7～546m，自由膨胀率82％，膨胀力507.77kpa；
②.矿物成分：
本地层粘土矿物成分主要是伊利石和蒙脱石混层，次为高岭石和伊利石，有少量的蒙脱石和绿泥石，伊利石和蒙脱石混层含量超过50％，高岭石含量在20％左右；
伊利石的含量在孔深401～457.5m超过20％，其余一般低于20％。
③.含水性：
副井400m以下含水量低于15％的有9层，特别是459m以下，平均含水量只有14.3％，最低的为孔深525～536.8m，含水量11.68％。
2、施工方案
副井采用冻结法施工。
据目前我国已施工的深厚表土冻结井施工经验及工程实际地质情况，结合专家论证意见，采用如下冻结方式：
0～400m段采用目前国内常用的已证明成功的主圈孔加辅助孔冻结方式；
400～573m段，采取加强措施，采用双圈孔加辅助孔的冻结方式；
573～650m基岩段采用常规的单孔冻结。
施工方案要点：
⑴.采用三圈孔冻结，以中圈孔作为主圈孔。
⑵.400m以上采用主圈孔加辅助孔冻结方式，依靠中圈、内圈形成冻结壁（冻结壁厚7.8m，平均温度-15℃）。
⑶.400～573m依靠外圈、中圈、内圈三圈冻结孔形成所需冻结壁（有效冻结壁厚度11.5m，平均温度-18℃）。
⑷.外圈采用局部冻结，冻结管深度573m，局部冻结范围380～573m（380m以上φ140mm冻结管外部采用20mm厚聚氨酯保温材料，现场喷涂制作，实现局部冻结，外圈与中圈、内圈交叉冻结范围20m）。
中圈孔采用长短腿差异冻结方式，长腿深度650m，短腿深度573m，依靠长腿保证强风化带以下含水层冻结。
内圈辅助孔197m以上采用双供液管，上部防片帮，加快冻土发展速度，利于上部冻结壁早交圈；
下部提高冻结强度，降低井帮温度。
⑸.冻结孔布置圈径：
外圈φ27m，中圈φ21m，内圈φ15.5m。
⑹.冻结孔数：
外圈46个；
中圈长腿22个，短退22个；
内圈18个。
开孔间距：
外圈1.84m，中圈1.49m，内圈2.7m。
⑺.冻结管：
采用优质20＃低碳钢无缝钢管，内管箍连接。
外圈冻结管0～380m采用φ140×
7mm，380～573m采用φ159×
7mm；
中圈孔0～300m采用φ159×
6mm，300～650m采用φ159×
内圈孔0～300m采用φ159×
6mm，300～573m采用φ159×
⑻.供液管：
采用聚氯乙烯塑料软管。
规格外圈φ76×
6mm；
中圈φ75×
内圈长供液管φ75×
6mm，短管（197m）φ62×
5mm。
⑼.测温管：
设计6个测温孔，其中4个外测孔，深度均为568m，2个内测孔，深度650m。
测温孔采用φ127×
6mm优质20＃低碳钢无缝钢管。
⑽水文孔：
设计2个水文孔，浅孔深度150m，报道第四系水；
深孔485m，报道上三系水。
水文孔规格4.5’焊管，外管箍连接。
⑾.冻结孔施工要求：
采用靶域施工，靶域半径1m。
不同深度的冻结管成孔最大孔间距表土段≤2.8m，基岩段≤4.5m。
⑿.冻结站冷量配备：
井筒需冷量8958.8kW。
主机配备KA25C型15台；
8AS－17型17台。
设备标准制冷量26139.5kW。
⒀.主要工序工期：
冻结施工总工期520天，其中冻结槽施工30天，开机至试挖130天，试挖至停机390天。
（见表4-1-1）
表4-1-1副井冻结法施工要点
序号
项目名称
单位
副井
备注
1
冲积层埋深
ｍ
567.7
2
井筒净直径
φ7.0
3
井壁厚度
≤2.2
4
井筒掘砌荒径
φ11.4
5
冻结深度
外圈
573
中圈
650/573
内圈
6
控制层位
7
最大地压
Mpa
7.38
8
冻结壁厚度
≤400m，7.8m；
≥400m，11.5m
9
冻结壁平均温度
℃
≤400m，-15℃；
≥400m，-17℃
10
控制层井帮温度
-18
≤400m，-10～-12℃，≥400m，-18℃
11
冻结圈径
27
孔深573m
21
孔深650／573
15.5
12
孔数
个
46
开孔间距1.84
22/22
开孔间距1.49
18
开孔间距2.7
13
冻结孔靶域半径
14
冻结孔最大孔间距
表土
2.8
15
基岩
4.2
16
冻结管规格
mm
≤380mφ140×
7；
≥380mφ159×
≤380mφ159×
17
供液管
φ75×
6、φ62×
内排孔双供液管
测温孔深度/个数
ｍ/个
568/4、485/2
测温孔φ127×
6ｍｍ
19
水文孔深度/个数
150/1、485/1
水文管4.5″焊接管
20
钻孔工程量
67785
井筒需冷量
104大卡/ｈ
770
22
冻结站标准制冷量
10４大卡/ｈ
2248
23
最大用电负荷
kVA
7800
24
盐水温度
-30，-35
冻结工期
ｄ
520
开机至开挖
130
开挖至停机
390
成井速度50m/月
3、副井井筒试挖
把井筒施工所必要的临时工程和凿井设备设施安装等工作全部完成后，再根据冻结实际情况，适当选择井筒开挖时机，一般认为在水文观测孔的各层水位均已有规律的上升并冒水，最后一层水位持续溢出水7天后，测温孔温度降至设计要求值，证实冻结壁已全部交圈，且浅部的冻结壁厚度和强度足以抵抗预挖深度的地压以及能保证施工的连续性，即可进行试挖。
据估算，一般在冻结壁交圈后15～20天左右才试挖。
为满足挂装凿井吊盘等设施的需要，初定试挖深度25m。
通过试挖核实冻结壁已具有一定的厚度和强度，能适应井筒正式施工要求，且凿井设施及地面辅助系统均已准备完毕，方可进行开挖。
井筒试挖阶段，掘砌段高不得大于2.0m，以不片帮为原则。
掘进时，人工挖掘由井中向周边扩展，利用在井中挖超前小井，集控静积水，台阶式挖掘以防井帮塌落。
25m试挖结束后即可进行吊盘及整体模板的吊挂工作。
4、副井临时锁口施工
根据龙固矿井副井筒施工图纸，暂定临时锁口深度为5.0m，净直径为φ8.0m，井壁结构为内圈砌筑370mm厚红砖，外围浇注220mm厚素砼，为防止临时锁口渗漏水流入井下，把临时锁口下部与永久井壁重合交接500mm高。
并视土层性质在临时锁口底部设置圈梁式壁爪。
临时锁口砌筑时，采用组合拼块模板辅以木托底板及刃角支模，搭设平台人工翻灰砌壁。
安装临时锁口封口盘时，严格按照封口盘设计图施工，临时锁口标高可由现场定。
5、副井冻土掘进及外壁砌筑
副井井筒掘进采用两台HZ-4型抓岩机直接抓土入罐，人工用铁锹、风镐和高效风铲配合。
井筒采用2JK-3.5/15.5绞车配两套单钩3.0m3吊桶提升，总装岩能力为49.67m3/h。
井壁采用1.5～2.5m高MJY整体金属模板，配以0.3m高环形斜面接茬模板浇筑混凝土，主、副提升分别采用3m3、2.4m3
底卸式吊桶下放砼，经分灰器浇进模板，分层振捣，实行短段掘砌平行混合作业。
每个段高的掘砌时间控制在20h以内。
为加快施工速度，矿建四个专业班滚班作业，其中三个掘进班负责井筒掘进、钢筋绑扎、整体金属模板下放校正等工序，一个砌壁班负责浇砼。
按招标文件要求：
ø
25mm以上的竖向钢筋连接拟采用钢套筒直螺纹挤压连接，ø
28mm以上环筋采用单缝焊接。
在整体金属模板环形刃角模板骨架内安装一圈ø
54mm钢管作为供风管，均匀布设20对闸阀，形成环状供气系统，可同时连接18～20台风镐或风铲在相应的区位进行作业，避免了吊盘下鱼刺分风器使风管在工作面相互交叉影响，以扩大施工空间，改善施工环境。
在冻结段掘进过程中，要加强对井筒中的两路水文，观察孔（管）的保护。
随着井筒的下掘，把水文管按一定长度分段气割拆除，并用钢纱网把水文管口覆盖扎紧，防止管口掉入泥块等杂物造成堵塞。
掘进时地面排矸，倒矸台采用座钩式自动翻矸，10吨自卸汽车排矸到指定位置。
6、采取综合措施施工较厚冻胀粘土层
对于较厚粘土层，采取综合治理措施，加强粘土层的冻结，掘进时，设计井帮温度粘土层应不高于-8～-12℃；
缩短段高，快速掘砌，采取高性能砼砌壁，并在砼中掺入抗冻型高效减水早强剂。
在粘土层施工时，先挖超前小井，释放压力，然后沿周边均匀对称开帮。
对较厚粘土层应及时测定井帮的位移量。
当变形过快或膨胀量较大时，在外壁与井帮间增铺聚苯乙烯泡塑板，或架设H型钢井圈背板作临时支护。
同时将砌壁模板高度调整（2.5m改为1.5m），加快掘砌施工进度，把每段高施工循环时间控制在20h以内，以缩短粘土暴露时间，减少粘土膨胀量确保冻结管的安全。
为增强井壁早期强度，浇筑砼时掺入抗冻型高效减水早强剂，通过以往实践证明，掺入这种早强剂的砼，其一天强度、三天强度分别达到设计标准强度的58.5%和88.5%。
根据我们在华东地区山东、安徽两省施工的含较厚粘土层的六对井筒的观察，粘土冻胀力一般在三天后开始明显显现，模板刃角处井壁与粘土层中的泡沫塑料板厚度才明显被挤压减少。
这样粘土的冻胀力在施工的前三天由泡沫塑料板的被压缩部分“释放”和减速缓，三天后井壁砼强度达到设计强度，能够抵抗粘土层冻胀力。
7、过冻结基岩段施工
当井筒掘进进入冻结基岩风化带后，风镐风铲挖掘困难时，需采取钻爆法施工。
采用7655型风钻人工打眼，多台风钻同时作业，为防止爆破震动损坏冻结管，可采取控制装药量，浅孔爆破，炮眼深度不得大于1.8m。
爆破采用防冻的岩石乳化炸药，1～6段秒延期电雷管，地面380V电压起爆。
打眼时要严格按照爆破图表认真找线，分片包干，定人定钻，做到“准、直、齐”，坚持光面光底弱冲减震爆破技术。
打周边眼时要根据各段冻结管的偏斜图合理布置炮孔，确保炮孔与冻结管有一定安全距离。
放炮前要通知冻结站关闭副井全部冻结管路，停止盐水循环。
放炮后应先检查盐水箱水位及井帮有无漏盐水现象，特别要查靠近井帮的冻结管情况，当确无损坏时，再恢复盐水循环。
采取钻爆法过冻结基岩风化带施工时，必须专门编制施工安全技术措施、报批告再实施。
8、内壁浇筑
为了加快内壁施工速度，保证井壁整体性防水，采用液压滑模砌壁，砼用底卸式吊桶经分灰器直接浇筑入模，分层浇筑、振捣，由下向上连续浇筑。
为防止偏斜而卡模，施工中要保持滑模平稳运行，合理掌握升模时间，把握好砌筑速度和砼凝固时间的关系，分层浇筑厚度应控制在0.3～0.4m，脱模时砼强度应在0.05～0.25Mpa。
理论数据不易掌握，根据施工实践，滑升速度是否适合按以下几点平鉴别：
滑升过程中能听到“沙、沙”声，出模的砼不流淌、无拉裂现象，砼表面湿润，不变形，手按有硬的感觉，并能留下1毫米左右深的指印，能用抹子抹平。
在内层井浇筑前，要把外层井的霜冻杂物清理干净，按设计要求铺设δ1.5mm厚的聚乙烯塑料薄板，两层塑料薄板采取错茬铺设塑料，薄板搭接采用自动爬焊机热焊接。
由外壁间塑料板的铺设工艺，在施工外层井壁时，就提前在井壁上按800×
800mm排间距钉上专用的塑料盘，将要铺设的塑料板，通过热焊连接吊挂在固定于外层井壁上的塑料盘上，塑料板采取错茬铺设，搭接采用热融焊接。
搭接钢筋和浇筑砼、模板滑升平行作业，钢筋绑扎与砼浇筑相适应，当井壁竖筋采用钢套筒直螺纹连接，环筋采取搭接电弧焊接时，要严格按规程操作。
钢筋搭接时按工作量进行合理地分片操作，相互配合方便施工做到每片基本同时扎完，不致影响浇筑。
钢筋接头部位相互错开，竖筋不宜过长，以免产生向一侧倾斜。
模板内表面固结砼要及时清除。
在模板滑升过程中，要及时校中找正。
随浇筑随铺设防水塑料板，直至内壁套砌结束。
为加快套壁速度在砼中加入JQ防裂密实早强剂。
施工过程中，要严格按照设计、规范要求，选择合理配合比和外加剂品种及掺量，分别配制出符合设计要求的砼，具体见砼质量保证措施。
砼浇筑时要按规定留取砼试块，外壁浇筑30m，内壁每浇筑20m，都要做一组常温下的试块。
养护28天做抗压强度试验，并保存好资料。
套砌内层井壁时，需将外层井壁内表面冰、霜清除干净，砼入模温度不能小于15℃，并对井壁进行洒水养护。
以保证内层井壁的壁厚和质量。
在井筒标高-632～-644m段内外层井壁整体施工时，结合围岩情况，采用必要临时支护，合理确定掘砌段高，确保安全施工。
在井深-500～-632m段高内层钢板井壁施工时，不采用套壁滑模按设计图纸要求，提前将δ20m钢板井壁分块预制好，把泄水孔、锚卡连接板一并焊接好，内层钢板井壁组装要上下锚茬，水平一致，可先用连接自制连接板定型后，再施以焊缝连接。
施工中，严格按钢结构焊接规程操作。
为确保在低温下井壁钢板及钢筋焊接的质量，需制定出针对性技术措施，首先将制焊部位铁锈、污物等清除干净，并对防腐层加以处理。
合理选择施工设备、材料。
采用直流电焊机，下井前在地面用XZY-60焊条烘箱将电焊条进行烘热升温，烘焙时间不小于1小时，温度不低于400℃，然后装入保温桶下井使用。
钢板井壁及钢筋焊接时要求焊缝平整均匀，焊接后将焊缝的药皮、飞溅物清理干净，进行防腐处理。
内层钢板井壁的焊接可与帮扎钢筋，铺设聚乙烯薄膜板交叉平行作业。
在每节钢板井壁及钢筋焊装好后，即直接浇注混凝土。
9、内外井壁夹层注浆
为了加强冻结段复合井壁质量提高井壁防水性能，在内层井壁套砌后，必须适时进行井壁夹层注浆。
根据以往施工经验，一般在冻结壁解冻时进行壁内注浆较为适宜，即完成内壁套砌施工，冷冻站停机4～6个月后实施注浆为好。
夹层注浆先在内层井壁上钻孔或予埋注浆管，注浆孔深等于或稍大于内层井壁厚度，每周圈布置5～6个孔，注浆排距8～10m。
注浆材料采用单液水泥浆或化学浆，注浆压力取该注浆点静水压力的1.2～1.5倍以不大于2.5MPa为宜。
内外壁夹层注浆必须专门编制施工安全技术措施，审批后再实施。
二、主井表土段施工
1、主井工程地质概况
⑴.表土段
表土层厚546.8m，主要由粘土和粘土质砂组成，粘土有55层，累计厚度278.63m，占表土层厚度的50.99％；
粘土质砂有38层，累计厚度127.79m，占表土层厚度的23.38％。
其中，第四系厚158.45m，上部主要为黄褐色、棕黄色粘土质砂、沙质粘土和中砂层，下部为灰绿色、棕黄、浅紫红色砂质粘土、粘土、类粘土质砂，底部为一层铁锰结核及砂浆的粘土层。
第三系厚388.08m，上段以棕黄、浅红色厚层粘土、砂质粘土为主，含较多钙质结核及少量铁锰质结核，岩性松散，易吸水膨胀，具有较强的可塑性，其间夹砂层最大厚度11.68m，砂层松散，具有流动性。
下段主要为棕黄色、灰绿色厚粘土、砂质与粉砂质粘土，多为半固结。
（见表4-1-2）
表4-1-2龙固主井地层统计表
地层分类
项目
粘土
砂质粘土
粘土质砂及含粘土质砂
砂土
泥岩
砂岩
地层厚度（m）
546.48
36.27
278.63
61.75
127.79
78.31
8.53
27.74
最大厚度（m）
26.28
8.1
9.15
11.68
4.03
15.3
层数
55
38
各地层所占比例（％）
93.78
6.22
50.99
11.3
23.38
14.33
23.52
76.48
⑵.基岩段
钻井基岩段为36.27m，主要由砂岩和泥岩组成。
⑴.施工工艺
①.钻井施工工艺
主井采用钻井法施工。
该井筒表土层546.48m，针对粘土层多且厚度大，可塑性和粘结性强等特点，采用四级扩孔方案，一级孔直径4m，二级孔直径6.1m，三级孔直径7.5m，四级孔直径8.5m，在施工过程中，也可采用并级钻进方案，即将直径6.1m和直径7.5m两级合并为一级直径7.1m进行试验钻进，若钻进效果显著，可并级钻进到底，若效果不好，应立即恢复第四级钻进（见表4-1-3）。
表4-1-3龙固主井钻井参数表
钻头直径（m）
φ4.0
φ6.1
φ7.5
φ8.7
钻头重量（t）
160
140
150
砂土层
钻压（KN）
100～300
150～350
150～300
转速（rpm）
4～10
4～8
1～4
粘土层
200～400
250～400
250～350
7～1
5～9
1～5
4～5
砂岩盘
200～500
250～600
300～600
6～9
2～5
3～4
350～400
300～400
7～9
350～600
400～700
3～5
3～6
该井表土层546.48m，粘土层多且厚度大，可塑性和粘结性强，为提高钻井效率，确保钻井质量，防止和减少泥包钻头、掉钻头事故发生，优化选择合理的钻进参数，特制定钻进防偏措施。
钻进防偏措施：
1．开钻前必须保证钻具在自由悬垂状态下对准转盘中心，其偏差不大于5mm。
2．各级钻孔所使用的钻压应小于钻头在泥浆中重量的60%。
3．在不均匀地层、软硬交错地层和风化带钻进时，必须适当控制钻压。
4.采用CT-501型超声波测井仪，对各级钻孔的垂直度和井径进行用时的测量，且每次测量方位不少于4个。
各级钻孔的测量深度和次数如下：
4.1超前钻孔：
在风化带和完整的基岩中至少各测一次，施工时，可根据测量结果决定是否增加测量次数。
4.2各级扩孔：
根据超前钻孔质量选择合理的测量位置和次数。
4.3每次测孔后，均要及时绘制钻孔偏斜图和有效断面图。
4.4当钻井偏斜值大于0.8‰时，应进行纠偏处理。
5．孔内事故的预防及处理
5.1掉钻事故防治措施
在钻进前要对钻杆、中心管进行探伤检查，钻头应加防脱装置，且起下钻具时要进行认真检查各部件。
5.2孔内掉物防治措施
施工时，各种工具应妥善放置好，以防掉入井内；
刀具焊接要牢固，钻头起至地面后，应对刀具、导向系统及联接部位进行逐个检查，发现问题要及时处理；
钻进时发现异常情况，应立即停钻检查，查明原因后，方可恢复钻进。
5.3坍塌及泥包钻头
在膨胀地层和砂层钻进时，一定要配制优质泥浆护壁，并增大泥浆循环量，以防井邦坍塌和泥包钻头。
6．钻孔缩径防治措施
在钻进通过膨胀性粘土层、泥岩时，由于这些地层遇水后体积膨胀，容易使钻孔产生缩径，可采取如下措施，预防和消除钻孔缩径。
6.1钻进通过膨胀性地层时，应调制好钻井泥浆进行护壁，减少泥浆中的水分子渗入地层，控制其膨胀量。
在总结以往成功经验的基础上，进一步加强科研试验，根据该井实际地质状况，研究配制更加适合该井的优质泥浆，严格控制地层膨胀、缩径，确保施工的顺利进行，特别是在末级扩孔终孔后，应调制失水量≤15～18ml/30min、泥皮厚≤1.5mm，含砂量≤1.5%的泥浆进行护壁，以保证预制井壁顺利下沉。
6.2在钻进膨胀性地层时，应经常提钻扫孔。
6.3在膨胀性地层钻进加尺前，把钻头提到上部，进行扫孔扫到底后再加尺。
6.4钻井中间起钻后，在下钻具困难时，从上到下，在膨胀地层中进行扫孔。
6.5根据地层膨胀状况，应定期起钻，以防因钻孔缩径卡住钻头。
6.6布
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