程村矿井主、副井筒冻结效果差异分析.pdf

第2 4 卷第 2 期 2 0 0 3年4月 建 井 技 术 M I NE CoNS TRUCTI oN TECHNoL 0 3 Y VO 1 ． 2 4 NO 2 Ap r ． 2 0 0 3 问题探讨 程村矿井主、 副井筒冻结效果差异分析 吴 国强 栗 文 煤炭工业郑州设计研究院， 河南 郑州， 4 5 0 0 0 7 摘 要 程村矿井主、 副井简直径分别 为 4 ． 5 m 和 5 ． 0 m， 冲积层埋深分别 为 4 2 9 ． 8 6 m和4 2 6 ． 8 m， 设计冻结深度均为4 8 5 m， 均采用主冻结孔内侧增设辅助孔的冻 结方案， 主冻结孔采用差异冻结方式。两个井筒间距仅有4 9 m， 采用相同的冻结方 案， 但冻结效果却相差甚远。对主、 副井筒冻结效果差异的原因进行了分析， 最后谈 了几点启示。 关键词 立井井筒； 冻结效果； 盐水温度 中图分类号 TD 2 6 5 ． 3 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 2 6 0 2 9 2 0 0 3 0 2 0 0 3 5 0 2 河南省辉县市吴村煤矿程村矿井系辉县 市地方国有吴村煤矿的接替井 ， 设计生产能 力 0 ． 4 5 Mt ／ a ， 1对 立井 开 拓， 井深 5 2 1 m， 2 0 0 2 0 1 0 1 正式开工。该矿井井筒施工需穿 过深厚的第三、 第四系冲积层和基岩风化带， 地质条件复杂， 采用冻结法施工。 程村井田位于焦作煤 田东部 ， 为山前洪 冲积平原； 地势西北高， 东南低。本区地层由 老至新依次为奥陶系， 石炭系， 二迭系及第 三、 四系。 程村矿井主、 副井筒直径分别为 4 ． 5 m 和 5 ． 0 m， 最大掘进直径分别为 7 ． 8 5 m 和 8 ． 7 5 m， 冲 积 层 埋 深 分 别 为 4 2 9 ． 8 6 m 和 4 2 6 ． 8 m， 设计冻结深度均为 4 8 5 m。主、 副井 筒均采用主冻结孔内侧增设辅助孔的冻结方 案， 主冻结孔采用差异冻结。主井主冻结孔 布置圈径为 1 7 ． 3 m， 深孔深度 4 8 5 m， 浅孔 深度 4 6 0 m ． ； 副 井 主 冻 结 孔 布 置 圈径 为 1 8 ． 4 m， 深孔深度 4 8 5 m， 浅孔深度 4 4 3 m。 主井 辅 助 孔 布 置 圈 径 为 1 1 ． 3 m， 深 度 4 3 0 m； 副井辅助孔布置圈径为 1 2 ． 4 m， 深度 4 2 7 m。设计盐水温度为 一 2 8 ～一3 2 ℃。 收稿 日期 2 0 0 3 - 0 3 1 7 程村矿井主、 副井筒间距仅有 4 9 m， 采用 相同的冻结方案 ， 但 冻结效果却相差甚远。 这是本文探讨的主题。 1 冻结效果 1 主井。冻结站于 2 0 0 2 0 6 1 3 开冻， 深部水位 观测孔 于 8月 1 5日 冻结 6 3 d 冒水，然后就进行试挖。掘至 1 6 m 深处 时 8月 3 0 日 ，井 筒涌 水量 突 然增 大 ，达 1 5 ． 8 8 m ／ d ，远 大 于 冻 胀 水 量 估 计 为 2 m’ ／ d ， 水温 7 ． 8 ℃，说明浅部和中部含水 层冻结壁尚未全部交圈，因此决定立即停止 掘进，回灌水至静水位，重新进行冻结。至 9 月 1 2日 冻结 9 1 d ，中深水位 观测孔 1 0 5 ～2 0 5 m段冒水，说明表土层中各含 水地层冻结壁均已交圈。之后又观察 了 2 d ， 至9月 1 4日，经井下观测，冻结情况正常。 至此，主井才完全具备开挖条件，从开冻至 正式开挖历时 9 3 d 。 2 副井。冻结站于 2 0 0 2 0 9 0 6开冻， 至 1 1月 1 5日 冻结 7 0 d ， 盐水温度已降至 一 3 0 ℃， 冻结情况正常， 试挖也没有发现异常 维普资讯 3 6 建井技术 2 0 0 3年第 2 4卷 情况， 已具备开挖条件。从开冻至正式开挖 历时 7 0 d 。 2 主、 副井筒冻结效果差异的原因 由上述主、 副井筒冻结情况可知， 在同一 地点， 采用相同冻结方案的 2个井筒 ， 冻结效 果却有明显差异。从开冻到正式开挖 ， 主井 比副井多冻结了 2 3 d ， 多冻结了约 3 2 ． 9 ％的 时间。 经分析认为， 造成主、 副井筒冻结效果有 ＼ 赠 * 1 0 O 1 O 明显差异的原因是 多方面的， 主要原因有 以 下几个 1 气温影响。主井积极冻结期刚好集 中在我国北方气温最高的 6 ～9月份 ， 冷量损 失较大， 制冷压缩机效率降低， 盐水降温速度 较慢。副井积极冻结期气温较低， 制冷压缩 机效率较高， 盐水降温速度较快。主井盐水 温度降至～ 3 0 ℃历时8 0 d 见附图中曲线 a ， 副井盐水温度降至 ～3 0 ℃历时 6 9 d 见附图 中曲线 b 。 ＼ ＼ 冻 结 时 间／ d l l I I _ - l 。 附图 程村矿主、 副井筒积极冻结期盐水降温曲线 a 一主井 ； b 一副井 2 大气降水。程村矿井工业广场正处 于太行山前洪冲积平原地区， 地表以下 3 0 0 -- 5 0 0 mm为粒径 3 ～1 3 c m、 松散无胶结、 易 坍塌、 充填有中砂和细砂及少量粘土的鹅卵 石地层， 渗水系数极高， 大雨过后， 地表几乎 不存水。而6 ～9月份正值雨季， 大量的降水 导致主井积极冻结期 内浅层地下水流速 加 大， 增大了冻结难度， 使得深层含水层冻结壁 早已交圈， 而浅层 深 1 5 m以内 含水层冻结 壁却迟迟不交圈。 3 水库定期放水。太行山南麓距程村 矿井 3 ～4 k m处有几个防洪灌溉用水库， 每 当大雨过后， 库容太大时就要泄洪， 导致地下 水位猛涨， 地下水流速加大， 增大了主井积极 冻结期冻结难度。 3 几点启示 1 应尽可能合理选择冻结时问， 节约冻 结费用。对于建设单位而言 ， 如果开工时问 要求不是很紧， 应尽可能不把冻结时问安排 在夏季， 以节约投资。程村矿井井筒冻结费 用每 d 高达 4万元， 多冻结 2 3 d ， 就要多花费 9 2万元。若主井冻结时间不安排在 6 ～9月 份， 这笔费用就可节省下来。 2 要优化冻结参数， 加强浅部冻结 。 以 达到提前开挖和减少深部冻土挖掘量的目 的。程村矿井主井井筒深水位观测孔 2 1 0 ～ 下转 1 3页 维普资讯 第 2 期 王开慧 邢东矿井设计优化 1 3 4 主井生产系统在工业场地远离村庄 的一侧布置。设计中主要从建筑结构和材料 选择上人手， 降低噪声。 4 ． 2 取消铁路 矿井西距京广铁路仅4 k m。由于京广铁 路不允许在其东侧再有接轨， 矿井只能从其 西侧接轨， 造成矿井铁路与京广铁路和 1 0 7 国道长距离立交， 使矿井铁路长度成倍增加， 造价太高。而矿井附近公路四通八达， 就近 用户很多， 靠公路运输就完全可解决煤的销 售问题。因此决定取消铁路， 产品由铁路运 输改为公路运输。 4 ． 3 不建选煤厂 邢东矿井距东庞矿仅 2 0 k m， 煤种相 同。 经技术经济分析论证后 ， 决定乘东庞矿选煤 厂技术改造之机， 加大其入洗能力， 将邢东矿 井原煤拉到东庞矿入洗， 邢东矿不建选煤厂。 这样， 邢东矿井的精煤销售便不再受没有铁 路的限制。 4 ． 4 不 设 矸 石 山 据调查 ， 矿井工业场地 2 k m范围内有 3 座砖厂， 砖厂制砖取土形成 的窑坑可用来排 放矸石并可还土造 田。矿并投产后 ， 矸石量 较小， 仅为5 ％左右， 砖厂制砖取土形成的窑 坑完全可满足矸石排放的要求， 既减少了矸 石对环境的污染， 又能使砖厂不再破坏耕地。 因此决定不设矸石山。 4 ． 5 不 设 生活 区 邢东矿井距邢 台市 4 k m， 邢台矿业 集 团 有限责任公司又在市内， 职工及其家属可 在集团公司或邢台市其他地方居住。因此决 定矿井取消办社会职能， 工业场地内仅设综 合楼和单身宿舍， 其他均为工业建筑。 4 ． 6 优化人员编制 矿井设计为现代化的高产高效综采化矿 井。通过优化人员编制， 使在籍人数仅 6 4 8 人 ， 非煤生产人员仅 9 3人， 占 1 4 ％， 全员效 率达 5 t ／ 工。 5 矿井设计优化成果 经过对矿井设计各个环节的优化 ， 矿井 投 达 产时的设计工程量仅为 6 6 4 1 m， 比原 设计工程量 1 0 6 1 2 m减少 3 9 7 1 m， 减少了约 3 7 ． 4 ％。其中岩巷由 7 8 1 2 m减少到 3 3 5 4 m 包括井筒 1 6 6 3 m ， 减少了 4 4 5 8 m； 煤巷由 2 8 0 0 m 增加到 3 2 8 7 m， 增加 了 4 8 7 m。井巷 投资由 1 1 1 2 1 ． 1 1 万元减至 9 8 1 2 ． 9 7万元， 减少了1 3 0 8 ． 1 4 万元。矿井概算投资由5 ． 1 亿元减少到 3 ． 7亿元。建设工期由5 7个月 减至 3 6个月， 可提前近 2年投产。矿井优化 设计成效显著。 作 者 简 介 王开慧 1 9 6 1 一 ， 男， 高级工程师。1 9 8 2年毕业 于西 安矿业学院， 现任河北邢台矿业 集团 有限责任公司基建 部经理。获部级特等奖 1 项． 发表论文多篇。 上接 3 6 页 4 1 5 m 于2 0 0 2 0 8 1 5开始冒水， 浅水位观测 孔于 8 月 3 1日 9 0 m以上层段 开始冒水 ， 中 深水位观测孔 1 0 5 ～2 0 5 m 于 9月 1 2日开 始冒水。 从上述主井井筒水位观测孔冒水时间可 以看出， 程村矿井虽然采用了主冻结孔内侧 增设辅助孔的冻结方案， 但辅助孔间距为 3 m， 只能起到防片帮孔的作用， 对加强浅部 冻结作用不大 ； 同时， 冻结盐水采用“ 正循 环” ， 进一步削弱了浅部的冷冻能力， 使得井 筒深部冻结壁先交圈 ， 而浅部冻结壁后交圈， 推迟了开挖时间， 影响了工程进度。此外， 井 筒深部掘砌时 ， 还不可避免地要挖大量冻土， 也会进一步影响工期。 3 在招投标过程中， 施工单位应充分考 虑冻结时间差异， 合理报价。 作 者 简 介 吴国强 1 9 6 9一 ． 男 ． 工程师。1 9 9 1 年毕业于焦作矿 院采矿工程系． 主要从事矿井设计及施工管理工作。 维普资讯