煤矿风井冻结施工组织设计.docx

1、煤矿风井冻结施工组织设计施工组织设计前 言1 编制原则1.1 以确保井筒掘砌施工安全为前提，以技术可靠、经济合理为原则进行冻结施工部署，制定施工方案、方法及技术措施；1.2 工程质量达优良标准；1.3 满足业主对总工期的要求；1.4 采用信息监测系统和信息反馈系统指导施工；1.5 采用新技术、新工艺、新设备组织工程施工。2 编制依据2.1 规范、规程及其他（见表1）表1 规范、规程及其他序号名称编号1煤矿井巷工程质量检验评定标准199507012矿山井巷工程施工及验收规范GBJ213Y903煤炭工业建设工程质量技术资料管理规定4煤矿安全规程5煤炭工业企业设备管理规程6氨制冷系统安装工程施工及验

2、收规范7工业金属管道工程施工及验收规范8现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范9压力管道安全管理与监察规定10质量管理体系要求GB/T19001200011环境管理体系要求及使用规范GB/T24001200412职业健康安全管理体系规范GB/T28001200113建井工程手册14中国煤矿建井技术2.2 招标资料（见表2）表2 招标资料序号资料名称备注1孟村矿风井冻结法工程施工投标邀请2孟村矿风井冻结法工程施工招标文件3 质量、工期、安全、文明目标（见表3）表3 质量、工期、安全、文明目标项目名称目 标备 注质 量为顾客提供优质工程和一流服务，让顾客满意。工程竣工一次验收合格率100%，矿建

3、工程特殊施工技术保持国内领先水平。陕西彬长矿业集团有限公司孟村矿风井冻结法工程施工的质量目标为：优良。工 期项 目风井进场准备造孔工期沟槽施工工期开挖前冻结开挖至停冻10 天123 天6 天53 天250天开钻至开挖182天安 全杜绝死亡、重伤事故，轻伤事故低于1人/千万元，职业病发病率为零。环 境执行GB/T240012004环境管理体系要求及使用规范。文 明按标准化要求施工，达到业主的文明施工标准。第一章 工程概况1 工程概况（见表1-1）表1-1 工程概况工程名称孟村矿井风井冻结法工程施工承包内容孟村矿风井筒冻结（含冻结钻）工程隶属单位陕西彬长矿区开发建设有限公司设计单位西安煤矿工业设计

4、研究院矿井概况立井开拓，在中央区工业场地内布置风井矿井生产能力设计生产能力600万吨/年工程地理位置陕西省长武县境内地形类别本井田位于彬县与长武交界处泾河西岸阶地的马屋村北工程地质自上而下划分为三个层次质量要求符合矿山井巷工程施工及验收规范、煤矿安全规程及国家现行相关质量标准和规范2 矿井设计概况（见表1-2）表1-2 矿井设计概况风井概况井筒设计直径7.5m，掘进荒直径9.6m，深度610m。3 井筒地质3.1 地质依据钻孔揭露地层由老至新依次有：侏罗系下统富县组（J1f）、中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a）,白垩系下统宜君组（K1y）、洛河组（K1l）、华池组（K1h

5、）及第四、三系地层（Q+N）。现由老至新分述如下：1侏罗系下侏罗统富县组（J1f）岩性为紫杂色泥岩，泥岩呈团块状，质纯、致密、细腻、松软易破碎，具马蹄状断口，见滑面，与下伏地层假整合接触。中侏罗统延安组（J2y）岩性以河沼相砂泥岩为主，底部为铝质泥岩、褐灰色泥岩、砂质泥岩及4煤；中部为灰色泥岩、砾岩；上部为中粗粒砂岩，成分以长石、石英为主，均匀层理。与富县组假整合接触。中侏罗统直罗组（J2z）以灰绿色，灰白色砂岩泥岩为主。底部为灰绿色泥岩，团块状，质纯、致密、较细腻。与下伏延安组假整合接触。中侏罗统安定组（J2a）为棕红色、紫红色砂质泥岩，夹薄层紫灰色、灰绿色细粗粒砂岩，底部为泥质粉砂岩，水平

6、层理。本组地层以干旱气侯平原洪积相沉积为主。与中侏罗统直罗组假整合接触。2、白垩系下白垩统宜君组（K1y）岩性为杂色巨厚层状粗砾岩。砾石成分主要为花岗岩、变质岩块次为石英岩块。砾径一般3050mm，最大150mm以上，次棱角-次圆状，分选差，基底式或孔隙式胶结，致密坚硬。与下侏罗统安定组假整合接触。下白垩统洛河组（K1l）岩性为紫红色、棕红色细粗粒长石石英砂岩，中夹2层中厚层状杂色粗砾岩层。孔隙式胶结，致密坚硬，为河流相沉积。下白垩统华池组（K1h）岩性为紫褐色、褐灰色泥岩，细腻致密，较均匀。3、第四系及第三系（Q+N）包括第四系中更新统离石黄土和上更新统马兰黄土。马兰黄土以粉土为主，疏松、具

7、大孔隙，垂直节理发育，透水性好。离石黄土为亚粘土与古土壤互层，上部结构疏松，具孔隙，含不规则钙质结核；下部致密，孔隙少而小，夹多层钙质结核。包括第三系红土及第四系下更新统午城黄土。接近底部有近4m厚的卵石层，松散，粒径一般2580mm.最大200mm，成份以石英岩、变质岩、灰岩为主。3.2 构造彬长矿区位于鄂尔多斯盆地南部的彬县黄陵坳褶带。总体构造形态为中生界构成的NW缓倾的大型单斜构造。在此单斜上产生一些宽缓而不连续的褶皱。本次施工的井筒位置位于庙-彬凹陷内,七里铺-西坡背斜的南翼。倾角14，岩层较为平缓。井田内断层罕见，但在东南部的水帘矿、火石咀矿、下沟矿的生产矿井见少量断距在1.26米的

8、小断层。3号检查孔附近没有发现断层，属岩层平缓、简单构造类型。4 水文地质4.1 含水层划分（见表1-3）表1-3 含水层划分表 含水层名称渗透系数含水层厚度水柱高度K(m/d)M(m)H(m)Q+N0.0600849.1649.16K1l0.087425328.00354.09J2y0.01002269.97588.81从井筒各含水层段涌水量结果来看，第四、三系含水层的富水性弱中等，洛河组含水层富水性强，延安组含水层富水性较强强。因此建议在井筒施工过程中，应继续观测各含水层的坑口涌水量，如果较大时，根据需要可进行地表疏排水及预注浆工程或采用冻结法施工。第四、三系含水层水质类型HCO3-Na型

9、，矿化度846.53mg/L；洛河组含水层水质类型SO4 HCO3-Na型，矿化度1179.64mg/L；延安组含水层水质类型型SO4Cl-Na型，矿化度3178.13mg/L。4.2 井筒涌水量（见表1-4）表1-4 井筒涌水量计算结果一览表充水含水层引用参数Q+N含水层K1l含水层J2y含水层渗透系数k(m/d)0.060080.0874250.01002水柱高度（m）49.16354.09588.81含水层厚度（m）49.16328.0069.97水位降深（m）49.16354.09588.81影响半径（m）168.971046.96589.40大井引用半径r（m）3.503.503.5

10、0引用影响半径（m）172.471050.46592.90涌水量（m3/d）269.496014.491094.48总涌水量m3/d7378.46m3/h307.445 工程特点5.1 地质特点5.1.1 岩层均为软岩，强度低，不稳定弱稳定；5.1.2 岩层遇水易软化甚至溶解、强度亦会大幅度降低；5.1.3 自上而下岩层强度及稳定性呈上升趋势。5.2 水文地质特点含水层数量较多，井筒涌水量较大。5.3 解决井筒施工问题的关键封水冻结封水是最佳选择。第二章 冻结方案设计1 设计原则1.1 方案安全可靠、工期科学合理，能确保本工程达到煤矿井巷工程优良质量标准。1.2 针对本工程的特殊性，做到技术可

11、靠，经济合理，可控性好、可操作性强、关键点清晰、预防及应急措施齐全可靠。2 设计思路2.1 冻结壁设计冻结壁厚度及强度的大小，直接影响井筒掘砌的安全，同时也是其他冻结参数设计的基础。结合相关施工经验及本工程的特点，冻结壁的设计采用解析计算与工程施工类比相结合的方法综合确定。2.2 冻结孔布置设计 以满足冻结壁设计的温度场要求和力学模型要求为原则，并结合工期、工艺要求布置冻结孔。3 冻结深度设计设计井筒全深冻结。结合冻结施工规范等要求，冻结深度比井筒深度深10m，进入泥岩。从自然地坪算起风井冻深620m。4 设计内容4.1 冻结壁设计 4.1.1 冻结壁厚度设计 冻结壁设计基本参数风井筒设计净直

12、径7.5m，最大掘进荒直径9.6m；积极冻结期盐水温度： ty=-28-30；设计控制层冻结壁平均温度：-8冻结壁厚度设计之地层条件优、劣（与表土层比）分析（见表2-1）。表2-1 地层条件优劣分析表优 势劣 势A、 一般情况下，岩层比表土易于冻结；B、 地层稳定性较好，井筒掘进时冻结壁变形量很小；C、 就一个掘进段高（空帮条件）而言，下端对冻土结构的约束力较大；D、 在一定范围内，含水量低的岩层不易于冻结，即冻土发展速度相对较慢，冻结后强度提高幅度较小。但同时由于受水的影响小，其自身强度较高、接近于干燥抗压强度，既自稳性很好，可保证安全掘进。反之，当岩层含水量较大时，其自身强度相对较低、稳定

13、性相对较差，但同时冻土扩展速度快、冻结后强度提高幅度较大，亦可确保安全掘进；E、 地层的泊松比较小，即冻结壁受到的水平围岩压力较小，接近于同等深度时的静水压；F、 井筒深度较大。冻结壁受到的围压随深度的增加而增大。同时，冻结时间亦随着掘进深度的增加而增加，即冻结壁厚度与强度随掘进深度的增加而增加。G、 地温相对一般（底部36左右）。A、 岩层一般采用钻爆法施工，放炮作业对冻结壁和冻结器有一定的不利影响；B、 为保证掘进速度，掘进段高一般相对较大，对冻结壁而言，当其平均强度不变时其厚度与掘进段高成正比；C、 休息室、小壁座等施工对冻结壁有效厚度有一定的削弱。 4.1.2 冻结壁厚度设计计算公式的

14、选择不同的设计理念会选择不同的计算公式，而不同的计算公式所计算出的结果相差较大。合理的计算公式决定冻结壁厚度是否是安全和经济的有机统一。我方在认真参照孟村地质及水文地质资料、摸清工程特点的基础上，并组织专家组论证后确定选用维亚洛夫扎列茨基公式（有限长极限强度理论公式）计算冻结壁厚度。维亚洛夫扎列茨基公式： 4.1.3 冻结壁设计控制层位的选择 近25m厚的煤层其饱和抗压强度和内摩擦角相对最小，同时靠近井筒底部，是井筒施工中的最薄弱环节。因此，本方案确定将该煤层作为冻结壁设计控制层。 4.1.4 冻结壁围压P的确定 根据岩土力学理论及国外冻结设计经验，冻结壁围压应由水和悬浮土压两部分组成。岩层的平均天然容重2.5g/cm3，取其平均湿容重2.6 g/cm3。煤层底板深540m左右。 煤层内摩擦角36，其侧压力系数=tg2（45- 36/2）=0.21，则：P=1.05.4+（1.65.4 ）0.21=7.21Mpa。 4.