刘河煤矿副井井筒冻结速度确定1.doc

冻结法施工在刘河煤矿副井的应用 曹保权 河南神火集团刘河矿总工程师 张东风河南理工大学建设工程监理所 摘要通过对刘河煤矿副井井筒冻结段掘砌速度与井筒冻结段冻土发展速度的分析,总结出厚粘土层冻结井筒冻结工程合理施工方案及措施 关键词刘河煤矿副井井筒冻结速度 刘河煤矿是河南神火煤电公司建设的第三对矿井,设计生产能力30万吨/年,设计立井开拓方式,以一对立井副井、主井、2个水平开拓全井田,第一水平标高-400m,第二水平标高-575m。采用中央并列式通风方式,利用主井兼作回风井。 一、工程概况 副井井筒净径了5m。冻结荒径7.25m,井壁采用双层钢筋砼结构,基岩段为素砼结构,井筒冻结深度为338m,总深度为436.5m。 二、井筒地质条件 根据刘河矿副井井筒检查孔地质报告,井筒穿过的地层依次为第三、四系QR,其总厚度为243.59米,岩性主要由灰、灰黄色及少量棕黄色粘土、铝质粘粘土及砂层组成,粘土类岩性以粘土、铝质粘土为主,可塑性好,具滑感,局部含钙质结核及细石。粘土类占总厚度的比例为81.9,砂类占总厚度的比例为18.1,尤其在井深161.09-219.45m段,有一层厚度为58.36m的巨厚粘土层,在这些特殊地层中施工,需要采取冻结施工方法才能安全通过。 三、施工技术及措施 1、施工方案技术设计原则 1确保本井筒掘砌时安全通过表土层及基岩含水层地的质量要求、工期要求和煤矿井巷工程优良质量标准。 2技术可靠,经济合理,可操作性强。 2、冻结技术方案设计 通过对地质和水文地质资料及冻土特征的分析,总结国内外深厚粘土层冻结设计经验,设计采用主排孔和辅助孔冻结方式,冻结深度及冻结方式如下 主排孔深度根据地质条件及工程特点,确定采用全深冻结方式; 辅助孔深度根据井筒地质条件、开挖速度、冻结时间、冻结壁厚度及整体强度要求采用全深冻结方式,并进入风化岩石5米左右为原则。 冻结深度确定如下主排孔338m 辅助孔242m 3、冻结壁设计 冻结壁设计原则根据地层特点,采用解析计算与工程类比相结合的方法,最终综合各方面因素确定。 副井井筒设计净直径5.0m,井壁最大厚度1.125m。 冻结盐水温度t y-26-30℃。 控制层位冻土平均温度-15℃。 控制层位下部铝质粘土层; 冻结抗压强度按冻土试验参数选取-153.126Mpa; 冻结壁厚度之解析计算 针对本工程特点,下部粘土层按掘砌段高1.5m和空帮时间不超过20小时进行冻结壁厚度设计 a、按里别尔曼公式 Er HhK1/ h2.3m r20KN/m3 E4.17m; b、按煤矿冻结法凿井技术规程中强度公式计算冻结壁厚度E4.30m; 根据计算结果,综合考虑井筒开挖荒径的大小,开挖前冻结时间要求及开挖速度要求,并结合在该地区多年来井筒冻结的施工经验,确定冻结壁厚度如下 E4.3m。 4、冻结孔布置设计 采用主排孔加辅助孔冻结方式,以满足冻结壁厚度及平均温度的要求,确保井筒安全通过深厚粘土层。其中主排孔主要起降低冻结壁平均温度、保证冻结壁有效厚度的作用;辅助孔主要起上部开挖时不片帮及中下部降低井帮温度、防止井帮位移和防底鼓量过大,以及降低冻结壁平均温度、增大冻结壁稳定性的作用。 为保证冻结壁交圈时间,空间距不大于2.20m。 四、保证施工质量措施 1、通过对冻结工艺、冻结壁监测及时提供和预报施工中需要 的数据和资料,检验设计和施工的正确性,及时调整施工参数,以此达到信息化施工的目的,使得监测数据和成果成为现场施工管理人员判别工程质量是否合格和安全的依据,成为工程决策机构不可少的“眼睛”。 2、监测冻结孔深度、偏斜和冻结器试压情况,对于不符合设计要求者应及时纠正,这是保证按时形成冻结壁的基础。 3、对冻结站的氨系统、盐水系统、冷却水系统这一三大循环系统中的温度、压力、电流等监测,分析冻结站的运转指标,以确保其安全有效地制冷。 4、判断冻结壁的可靠性,预测工作面以下冻土扩展情况,及时调整冷量,以保证冻结壁冻土的扩展或退缩,为掘砌创造良好、安全的施工条件井帮温度满足安全要求,井帮位移量小于安全值,尽量少开挖冻土。 5、在施工到垂深160米以下粘土层时,在确保冻结强度的前提下,井帮温度不得高于-8℃,保证冻结粘土膨胀率最小。 6、冻结壁的变形和位移监测,判断冻结壁稳定性和冻结管及井壁是否安全,并根据监测结果选择掘砌段高,保证施工安全。 五、经济效益分析 1、由于技术合理、措施全面,保证冻结工程提前1个月完成,使副井冻结段施工提前一个月完成,节约冻结费用和增加矿井后期效益300万元以上。 2、施工单位工人的技术操作水平有了很大提高,思想观念和作 风有了较大的进步,为今后的进一步发展打下了良好的基础。 3、由于冻结温度准确调整,使掘砌工程最少限度开挖冻土,施工劳动效率提高,循环时间大大缩短,月施工进度创河南省同类井型、同类施工工艺记录。在4.2米段高的外壁掘砌最短循环时间仅为14时37分。2004年11月份创造了冻结法单钩提升施工月成井171米的优异成绩。 2006年2月8日