赵楼矿井风井井筒表土段施工工作总结.docx
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赵楼矿井风井井筒表土段施工工作总结
兖矿菏泽能化有限公司
赵楼矿井风井表土段施工工作总结
工程技术部
二〇〇五年八月二十三日
赵楼矿井风井表土段施工工作总结
赵楼矿井风井设计净径6.5m，钢筋砼双层井壁，井壁厚度0.9～2.0m，表土层厚度471m。
井筒采用冻结法施工表土段，冻结深度534m。
冻结造孔由安徽煤田地质局第三勘探队施工钻孔，兖矿东华新陆公司下放冻结管，南京华宁监理公司负责施工监理。
2003年9月28日钻井队进场，12月25日正式开机钻进，钻孔工程于2004年5月20日完成钻孔施工。
2004年8月1日正式开机冻结。
同年11月25日进行试挖，12月16日正式开挖。
2005年5月18日开始进行爆破掘进，5月19日施工到井深473.0m位置揭露砾岩层。
6月17日施工到井深517.1m位置，开始施工壁座，壁座位置位于井深517.1～527.1m处。
6月22日18时开始壁座浇筑混凝土，到8月14日8时完成内壁套壁作业。
8月23日20时开始打眼掘进。
8月25日2:
00施工完基岩过渡段第一个4m段高，完成工序转换。
一、风井井筒冻结造孔
1、工程概况
风井冻结孔设计冻结深度534m，冻结钻孔按三圈孔布置，内圈圈径14.5m，布孔23个，开孔间距1.98m，孔深481m；中圈圈径16.5m，布孔23个，开孔间距2.25m，孔深534m；外圈孔圈径22.5m，布孔46个，开孔间距1.54m，孔深481m。
另有测温孔5个，水文孔2个，钻孔总数99个，原设计工程量48645m。
后因测温孔和水文孔设计深度调整，实际总工程量为48594m，比原设计减少51m，另外在中圈10号和20号两个孔分别有461m至481m各取芯20m。
内中外三圈冻结孔0~300米均采用Φ159×6mm优质低碳无缝钢管，300m以下用Φ159×7mm优质低碳无缝管。
风井表土层厚471米，其中粘土层占表土层总厚度的75%。
2、施工情况
风井冻结造孔工程通过议标由安徽煤田地质局承担施工任务。
2003年9月28日，安徽煤田地质局三队首批施工人员达到现场，由于天气连下大雨，场内积水，直到11月2日才开始进行井盘基础施工，12月25日具备开钻施工条件。
施工中，钻塔为24m四角钻塔，钻机采用TSJ---2000型6台，钻具配备为Φ89mm钻杆+Φ159mm钻铤+Φ240mm牙轮钻头，泥浆泵选用TBW-1200/7B6台，备用泥浆泵TBW-850/50一台，测斜0~100m采用灯光测斜，100m以下采用JDT-5A型陀螺测斜仪测斜。
纠偏设备选用5L2165×7.0B型螺杆钻具做定向纠偏。
3、工程进度分析
施工前期中，由于队伍对赵楼土层不了解，钻进参数掌握不好，纠偏占用时间过长，进尺上不去，到86天时进尺才达到计划进尺，并且于2004年2月6日又新上一台钻机，及时调整充实了施工队伍，加强了技术力量等措施，钻孔工程于5月20日完成钻孔施工，提前工期5天。
整个施工中，日最高进尺为789m，平均每台钻机月效率为1767m，月最高效率为2004年一号钻机创造的3023m/月，为此我公司专门向安徽安徽三队发了贺信，但是五号钻机月平均效率只有1201m，各钻机效率差别较大。
4、工程质量分析
4.1质量控制措施
在风井钻孔施工中，采取以下措施对钻孔质量进行控制。
1）按照监理规划，结合冻结法钻孔工程的实际情况，监理部制定了冻结造孔的监理细则，采取旁站（测斜）、巡视、抽检的工作制度进行质量控制。
2）对现场的冻结管等材料实行报送合格证及实验资料制度。
3）钻进施工中，和主井冻结造孔施工进行了对钻孔质量一次互检，请第二方中煤第五建设公司第三工程处对钻孔进行了二次复测，复测结果合格。
4）公司驻现场人员采取日常巡查、审查报表资料、监督监理工作、复测时跟班保证复测质量。
5）针对现场存在的问题，及时组织监理、施工单位召开专题会议研究解决。
4.2竣工验收结果
2004年5月25日，由我公司林启国总工程师主持，六处总工程师戴华东、副总齐吉龙，监理许加堂、林光沫、黄意炎，我公司付令桥、邵景柱等有关人员参加对风井冻结造孔工程进行了验收。
按照（MT5009-94）《煤矿井巷工程质量检验评定标准》，通过现场实测、审查资料对冻结管下管深度、不同深度冻结管成孔最大间距等九个项目进行了评定，所有项目均达到了优良标准，整个工程评定为优良工程。
其中在基本项第一项，冻结管下放深度指标中，内10孔、中10孔、外2孔、外10孔、外13孔、外15孔、外21孔、外28孔共8个孔比设计要求浅，且偏差大于500mm，经与会人员共同分析，这8个孔虽然偏差较大，但管子仍然深入了基岩内，最浅的一根为外2孔，设计为481m，实际下管深度478.76m，浅了1.24m，但深入基岩9m，不会影响表土的冻结，均定为合格。
99个孔均未超过靶域半径0.8m，最大偏斜值为758mm（外18孔）。
主冻结孔成孔最大间距，表土段在外36孔和外37孔之间水平间距为2233mm，未超过标准要求2.8m，基岩段在中13孔和中14孔之间，水平间距为3351mm，未超过标准要求4.5m。
5、综合分析及存在的问题
通过风井冻结造孔工程的施工，这支队伍从不熟练到熟练，钻进进尺稳步上升，同时施工现场管理也较其他队伍略胜一筹，工程质量、工期都完成的较好，为副井冻结造孔中标创下了较好的业绩，同时该队伍存在以下问题：
1）该处各钻机技术力量悬殊很大，如同是在风井施工的一号机和五号机，一号机平均效率为2316m/月，五号机只有1201m/月。
2）螺杆纠偏技术管理不熟练。
该队钻孔纠偏仍主要依赖移垫垫架等传统纠偏方法，对超高精度孔施工效率会大大降低。
6、冻结造孔在井筒掘砌施工中暴露的问题
冻结造孔总体施工质量和测斜情况较好，未出现大的偏差，6月22日8:
00中13孔在壁座掘进时暴露，露管位置在井深518～521m处，冻结管最外端距离掘进荒径420mm，实际偏斜达到2.43m，远远超过靶域0.8m的要求。
二、风井井筒冻结
1、概况
赵楼矿井主、副、风井三个井筒表土段均采用冻结法施工。
井筒主要特征如下：
赵楼煤矿井筒主要技术特征
序号
项目
单位
风井
主井
副井
1
井口标高
m
+45
+45
＋45
2
自然地坪标高
+42.81
+42.69
＋42.70
3
井底车场标高
m
-860
-860
-860
4
井筒深度
m
921.096
921.158
936.208
5
井筒净直径
m
φ6.5
φ7.0
φ7.2
6
井筒净断面积
m2
33.2
38.48
40.7
7
井壁厚度
表土段
m
0.9~2.0
1.0~2.05
1.0～2.15
基岩段
m
0.5~0.55
0.55~0.6
0.55～0.6
8
掘进断面
表土段
m2
54.1～86.6
63.6～96.8
67.9～103.8
基岩段
m2
44.2～45.4
51.5～52.8
54.1～55.4
9
井壁结构
表土段
现浇钢筋混凝土结构
基岩段
素混凝土
10
表土厚度
m
471
473
475
第四系表土厚度
m
150.38
144.7
129.9
第三系表土厚度
m
320.62
328.3
330.5
11
冻结深度
m
534
527
530
12
井筒装备
梯子间及防火灌浆管路
两套20T多绳箕斗，制冷管
一套1.5T双层四车罐笼及辅助提升罐笼、梯子间
冻结站制冷系统采用集中设置三井共站，共安设50台压缩机，总装机容量为20840kw。
其中负担风井冻结运行最多26台，蒸发器21台。
风井采用主圈加双圈辅助孔冻结方案，冻结深度尾534m。
外圈采用局部冻结，冻结范围203～481m，冻结深度481m；中圈采用差异冻结，长腿深度534m，203m以上靠中圈及内圈形成冻结壁厚度和强度，203～481m靠中圈降低冻结壁平均温度，提高冻结壁强度。
基岩段依靠中圈形成基岩冻结壁和冻结岩帽。
内圈采用全深冻结，深度481m，穿过强风化带，内圈冻结孔冻结上部防片帮，下部降低井帮温度、提高冻结壁强度。
附表：
赵楼风井冻结参数表
序号
项目名称
单位
风井
备注
冲积层埋深
m
471
井筒径直径
m
∮6.5
井壁厚度
m
0.9～2.0
掘砌荒径
m
8.3～10.5
冻结深度
m
m
481
m
m
534
m
m
481
控制层位
m
471
最大地压
Mpa
6.123
冻结壁厚度
m
＜203ｍ，4.5；
＞203ｍ，9.0
冻结壁平均温度
℃
最下部控制层－15
控制层井帮温度
℃
最下部控制层－１４～－16
冻结圈径
m
m
22.5
开孔间距：
外圈1.54m，
中圈2.25m，
内圈1.98m
中圈
m
16.5
外圈
m
14.5
孔数
外圈
个
46
中圈
个
23
外圈
个
23
冻结孔靶域半径
ｍ
表土±0.8
冻结孔最大孔间距
表土
ｍ
2.8
基岩
ｍ
4.5
冻结管规格
外圈
ｍｍ
≤300ｍ∮140×6；≥300ｍ∮159×7（203ｍ以上保温）
中圈
ｍｍ
≤300ｍ∮157×7；≥300ｍ∮159×7（203ｍ以上保温）
外圈
ｍｍ
供液管
ｍｍ
∮75×6，∮62×5
测温孔深度/个数
ｍ／个
471/1,534/2
测温管∮14×6mm
水温孔深度/个数
ｍ／个
270/1，417/1
水温管5″焊接管
钻孔工程量
ｍ
48639（设计）
48594（实际）
井筒需冷量
104ｋｃａｌ／ｈ
607
冻结站标准制冷量
1900
最大用电负荷
ＫＶＡ
7000
盐水温度
℃
－30～－33
冻结工期
ｄ
397
开机至开挖
ｄ
135
开挖至停机
ｄ
262
按成井速度60m/月
冻结工程由新陆公司负责，风井井筒锁口和地沟槽由中煤一公司49工程处负责施工。
2004年5月28日49处项目部进点，开始施工锁口和冻结沟槽。
7月22日施工完成锁口（-9.2m以上部分，±45.00计起）及地沟槽和井架基础。
冷冻机房基础于2004年2月25号开工，3月26日竣工。
冻结站设备、管路于7月22日安装完成。
2004年8月1日风井正式开机冻结。
到9月27日内圈管路进路盐水温度降到－30℃以下。
2004年11月5日，公司组织专家召开论证会，对赵楼风井冻结情况进行了讨论。
11月23日，在公司工地会议室召开了第二次风井冻结试挖专家论证会，确定11月25日风井试挖。
积极冻结期间，运行相对正常。
冻结设计预计发展情况与实际对比：
冻结时间
掘砌深度
盐水温度
掘进荒径（m）
冻土发展速度mm/d
井帮温度（℃）
冻土进荒径（m）
设计
实际
对应日期
实际
设计
设计
实际
设计
实际
135
0
0
-31～-32
开机：
135～205天，-30～-31℃；205～290天，-30～-32℃；290～375天，-32～-33℃；375～397天，-33～-25℃
8.6
22/11
155
25
24
1.2
8.6
＋2.5
-0.15
205
200
270
2.21
-28～-30
9.5
17.6
-6～-8
-4.7
1.6
1.28
265
300
434
4.22
10.1
～-10
-15.7
3.2
2.4
290
350
470
5.17
-31～-33
10.1
-～-12
最低-19
4.1
3.0
320
400
514
6.16
10.5
～-14
5.0
3.75
355
450
6.22日套壁，7.31停机
7.21
10.5
～-15
冻实
375
471
8.6
10.5
～-16
冻实
397
524
9.1
11
～-13
冻实
1月6日冻土零度线进入掘进荒径。
2月17日井深50m以上位置井壁出现挂霜，迎头251m深度井帮温度平均为-6℃。
冻结情况顺利，由于施工进度较快，实际施工迎头井帮温度在
冻结站风井系统元月25日出现异常，当日外圈盐水去路温度-30.3℃，回路-28.5℃，内圈盐水去路温度-32.9℃，回路-31.5℃，此后盐水温度持续回升。
虽然进行了排查，由于没有找出真正的事故原因，盐水温度回升问题没有得到解决。
2月2日副井冻结出现了同样的情况，副井盐水温度也开始持续回升。
新陆公司赵楼项目部认识到问题的严重性，对整个系统进行了细致排查，2月3日发现因9#盐水箱蒸发器前端放油口底部焊缝破损，出现泄漏，造成氯化钙盐水大量吸入氨循环系统，并于2月5日将风井系统全部停机，进行低压系统清理，2月10日清理完毕后开机运转，开机后降温幅度仍然很小，效果不明显。
经进一步排查，发现低压机吸气压力与蒸发压力压差过大，系统仍然不能正常，后经化验主要为盐水进入氨系统后，产生大量乳白色油状粘稠物质将低压机吸气滤网封堵，因此又将所有低压机吸气滤网进行清洗。
在清洗过程中，3月1日又发现15#盐水箱同样存在泄漏问题，随即停止使用。
为了弥补风井盐水箱置换面积不足的问题，3月1日下午将副井用16~20#五台盐水箱及制冷机调至风井使用，维持对风井的冻结。
3月5日召开的专家论证会上制订了确保风井冻结，保证施工安全，先处理风井系统、后处理副井系统的原则，要求3月18日必须将系统恢复正常。
3月6日对风井低压系统进行了全面清洗，将风井系统15台盐水箱分3个单元进行处理。
第一单元的5台盐水箱于3月11日处理完毕并运转使用，自3月11日起，风井盐水温度开始持续下降，3月13日内外圈盐水温度均降至设计-30℃以下，盐水温度恢复到事故前水平。
第二、第三单元的8台盐水箱（9#及15#停止使用）于15日处理完毕并投入使用。
到3月15日，风井外圈盐水去路温度-31.2℃，回路-28.2℃，内圈盐水去路温度-32.1℃，回路-30.9℃，盐水温度恢复到事故前水平，系统运行走向正常。
冻结运行12月15日在井深35.5m位置测零度线距离荒径830mm（荒径4150mm）。
在1月6日井深110m位置零度线进入荒径（荒径4150mm）。
2月28日，在井深295m位置冻土进入荒径1400mm（荒径4950mm），4月3日在井深404m位置，冻土进入荒径2.1m（荒径5050mm）。
到表土段施工完，井心位置约剩余1.0m没有冻实，冻结进入荒径最大3.75m。
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