井工采煤技术与矿井开拓部署.pdf

井工采煤技术与矿井开拓部署,巷道布置的关系及其发展趋势 第六图书馆 开拓部署 巷道布置 采煤煤炭科学技术童有德不详1993第六图书馆 第六图书馆 钢齿牙轮钻头，实现一次钻进成孔。 ③改制 2 2 m高的钻塔 ， 适应两根冻 结管焊 在一起 入孔的快速施工需要 ，两 冻结 管焊 后长 l 6 ～ 1 8 m，需改制钻塔 ， 塔 门开到第 四层 ， 塔顶加 高 1 ． 5 m， 钻塔总高2 3 ． 5 m。 ④减压钻进 ， 不 同 地层采用不 同钻压和钻速 ，钻 一段 要上下反 复扫孔 ， 以防偏斜 采用钻铤 向孔底 加压 ， 其 所配用的钻铤重量必须大于孔底所 需压力的 5 0 以上 ，以保持钻具处于垂 直状 态 ，避免 钻孔弯 曲、 偏斜 ， 保 证钻孔垂 直度 。 ⑤双 聚泥 浆护壁 。 双 聚泥浆 是 膨 润土 、水为 基本原 料 ，聚丙烯酰胺 、聚丙烯脂为处理剂 ，纯碱 和纤 维素为添加剂 ， 按一 定 比例配制而成 。 此 泥浆 的泥皮薄 、 坚韧 、 滑腻 ， 使孔壁稳定 ， 有 利于钻进 和下测斜 管 。 ⑥ 加强 测斜 ， 才能 掌握 钻孔 偏斜 情况 ，及时纠偏 ，保证钻孔垂直度 和孔 孔成 功 。 兖州矿区竣工 的2 2 个井筒 ， 施工 6 8 0 个冻 结孔 和测 温孔 ， 偏斜率不超过 0 ． 3 占总数的 7 6 ． 5 ％ 。 4 编制 切合实际的冻结施工组织设计 经过 十几年 的努力 ，我局 已经编制切合 实际 的施工组织设计 ，表现 ① 地质资料分 析透 ，要 点提得准 ；②设计 基础 资料收集完 整 ， 设计 中收 集了工程设计 、 冻土试验材料 、 土工 试验成果 、冻 土物理力 学参 数和 粘土蠕 变特性 ，并进行 了系统 的量 化分 析 ；③设 计 既靠理 论计算 ，又有工程经验类 比 ，实用性 强 }④对影响冻结各种因 素考虑周全 ，分 析 详细 ， 并针对每个因素提出了具体处理措施 ； ⑤把 电子计算机技术引入施工组织设计 ，开 发冻结 壁形成和温度分布软件包 }⑥ 技术要 求和质 量标准严格 ，便于施工掌握 ；⑦劳 动 组织 合理 I ⑧ 冻结站装机制冷量兼顾 主、副 、 风井的制冷需求，不同运行期经济合理；⑨ 设计 中采用许多新技术 ；⑩施工组织设计结 构 合 理 ，章 节 分 明，层 次 性 强 ，推 理 严 密 。 l 4 5 严格管理和精心施工冻结设施 主要 抓下冻结 管和冻结站冷冻机的安装 和运 行 。 ①选 用低 碳钢和普通 低合 金钢无 缝 钢管 ，坡 日对焊 冻结管 ，比丝扣和 电焊管箍 提高管接 头强 度3 0 左 右 ，达到 冻结原钢管 强度 的9 1 ～9 6 ；② 下管 前先洗孔 ，做到 管接 头2 ／ 3 不在同一水 平 ，上下错开 3 ～5 m； ③冷冻站 的冷 冻机 安装 合格 ，供 水、供 电和 三大循环 系统试运转 ；④按运行期产冷量安 排制 冷机配组运行 ， 园钻孔地温为2 0 1 3 左 右 ， 而盐 水温度2 8 ℃，温差4 8 c ，冻结管线性 收缩 2 0 0 多 mm。 为防止急 剧冷 却使 冻结管迅 速收 敛而 造成温度应力 ．接头脱焊 ，开机头 5 天供冷 量为 正常 量的3 0 左 右 ， 使盐水降温 平缓 ，在 钻孔壁未抱住冻结管条件下 ，冻结 管能 自由收缩 ， 第 6 天加大制冷量 ， 让盐水 降 至一8 ～ 一1 0 ℃ ， 使冻结管 急剧 收缩 ； ⑤冻结 期 间 ，减少 在立井周围水井取 水 ，特别是地 下水流方 向下方的水井 ，防止造成地下水流 速加大 ， 冷量 损失 ， 影 响冻土墙形成和发展 ； ⑥加强去 回路盐水和测温孔温度的采集与分 析 ，预测和 控制 冻土 的发 展 ；⑦根 据工程进 展 ，适 时 减 机运 行 ，维 持 冻 结 温度 控 制 在 一 1 8 ～ 一2 0 ℃这 一最经济 的范围 内；⑧ 冻结 站巡 回监测 ，保 证设 备运行 正常 。 6 适时开挖 及时开挖做到冻结稳妥可 靠 ，冻土 不进 荒径 ， 掘进不挖冻土 。 试挖条件是 ① 水文孔 开始 冒水 ；②冻土墙厚度和强度达到设计要 求 ；③ 井筒 内静水位高于周 围小水井静水位 3 0 0 ～5 0 0 ram，持续 1 O d以上 。 施工经验表 明 ， 达 到上 述3 个条件 ， 冻土墙 一般发展到距 荒径 7 0 0 mm左 右 ，这 时安 排试 挖 。 试挖 2 5 ～3 0 m 之后 ，进行 井筒 施工 吊挂 ，到 井筒 提 吊安装 完 约为 3 0 d ，冻土发 展速度 按2 0 mm／ d计算 ， 到正式开挖 时 ，冻土可发 展到 距荒径2 0 0 mm 左右 ，即为快速 挖掘 的最佳条 件 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 7 冻 结和掘砌 紧密配合 立井冻结和掘砌是相辅相 成的 ，冻结是 掘砌的条件 ，掘砌是 冻结 的最 终 目的 ，二者 密切配合 ， 互 创条件。 当冻土墙达到 设计 强度 和厚 度时 ，立井开挖 ，冻结站及 时调整 产冷 量 ，由积极冻结转入维持冻结 ，减缓冻土发 展速度 ， 防止井筒 内冻实 。 盐水改正循环 为反 循环 ， 保证下部 冻结 质量 。 及时测量井 帮和井 内空气温 度 ，控制 盐水温度 ，使红层段井帮 温度保持在一8 1 0 ℃之间， 防止压风管冻 死 ， 为冻结段钻 眼爆破创造条件 。 凿井队做地 面排矸 、运输等井 口作业 ，注意盐水干管和 冻结 沟槽 的保护 。 井筒 掘进做 好水 文观测 孔 的防堵工作 。 掘砌段高要适当 ， 减 少冻 土井帮 的暴露时间和蠕变量 ， 避免冻结管断裂事故。 经验 表明 ，冻结管 的径 向位 移与段高 之 比大 于0 ． 0 2 时 ，易 出现断管情况 ，故段高 不大 于 7 m，冻土暴露 时间应 小于3 天 。 8 推广掘砌 新技 术、新 工艺 推广短段掘 砌混合作业 ，3 m 吊桶提 升 ， 底卸式吊桶下混凝土，整体下移式刃脚金属 模板砌筑外 壁 ，冻结 岩层钻 眼爆 破掘进 ，锚 网喷大段高 临时支护 ，高强度 硅混凝土 浇注 井壁 ，液压滑升模板套砌 内壁 ，以及 冻结基 岩爆 破掘 进的供水 、供风和炮 眼防冻等 新工 艺和 技术 ．以加快 冻结段掘进 ，提高月成井 速度 。 9 加强冻结井壁内、外力实测 我 们与科研单 位、院校合作 ，对冻结壁 内外力及温度场进 行实测 ， 包括表土地压 、 冻 结压 力 、温度影响 、外 壁钢 筋应 力和 内壁应 力状 态、地 压显现时 间，冻结壁变形和 位移 等 ，取得了科研成果，为冻结井壁优化设计 和科学施工 提供可靠依据 ，在实践 中，都取 得了 良好效 果 1 0 认真总结冻结施 工技 术 注重各种技术资 料积 累和整理 ，鼓 励技 术 人员撰写发表技术论文 ，总结冻 结施工经 验 教训 ， 沟通信息渠道 。 近 年来 ， 我 局技 术人 员已发表 冻结施工技术论 文 1 0 余篇 ，矿务局 编著的 兖卅 I 矿区建设施工技术一书，对 矿 区冻结施工 作了全 面、系统 的总结 。 责任编 辑赖应 得 3 L 接第 3 2 页 图1 3磁通势 矢量 图 第 4 种接 线 图1 3 是磁通势空 间矢量 图 ，从 图中求得 按照第4 种接线进行能耗制动时， 双绕组 电动 机 内直流磁通 势为 一 2 I w c o s 3 0 。 一 i， w 以上分 析 了双绕组 电动机 能耗制 动的 4 种电气接线 ， 以及4 种电气接线产生的直流磁 通 势太 小 。 如 果 与普通三 相异 步 电动 机能耗 制动的4 种接线方式进行比较 ， 便很容易地得 出结 论 在通入大小相等 的直 流电流条 件下 ， 双绕组 电动机产 生的直流磁通势是普通三相 异步 电动机直 流磁通 势的两倍 。 双绕组电动机能耗制动的两套绕组的电 气接 线 ，不仅仅是 这4 种方式 ， 还 有许 多种接 线方式，就不一一介绍了，每种电气接线的 直流 磁通 势大小不 同 ，两套绕组 的等效 电阻 也 不 同。 可 以根 据 生产工 艺对制 动转矩 大 小 和制动时 间长 短的不同要求 ，选择一种理想 的电气接线 责任编辑傅 元义 1 5 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 ／f 斜 井 冻 结 施 工技 术 煤炭部第一建 设公 司特 凿处马万 昌 ● _ _ - 一 1 y 摘要总结榆树林子矿 主斜井和王 洼矿 主、风斜劳 冻结工程 的冻结设计参数 槲 工壅 苎 查 熬 乖锸 ， 工 移 工 关 键 词堡 冻 结 施 工碴 丝 查 熬 和 古 ， 工 午 移工 1 工程概况 找处在内蒙榆树林子煤矿主斜井和宁夏 王洼煤矿主、风斜井施工中，采用斜井冻结 施工 。 榆树林子矿主斜井1 9 8 4 年5 月开工 ，掘 砌 2 6 ． 8 m 垂深 1 4 ． 1 3 m 时遇到流沙 ， 发 生冒 顶 ， 地表塌陷， 塌陷坑直径2 5 m， 深l m， 用工 作面注浆处理 ，未见效果 ，被迫停建 王洼矿1 9 8 4 开工的主、风斜井 ，分别 掘砌到 7 6 ． 6 m和 8 4 ． 7 m，遇到饱 和状液 化黄 土层， 难以施工 。 曾采用板桩法施工 ， 并缩小 井筒断面 ， 主斜至1 9 8 6 年5 月进尺2 2 ． 4 m，合 格断面仅有5 ． 3 m。 风井进尺2 5 ． 7 m， 合格断面 仅有 1 7 ． 3 m。 处 于流 泥状 的 液 化黄 土涌 人工 作面，导致冒顶伤亡事故 。 地表塌陷，主井、 风井的塌陷直径5 0 m和7 6 m， 井壁下滑， 无法 掘砌 ，被迫停建 。 从检查孔资料可知，榆林树子矿被第四 系地 层覆 盖 ， 厚 4 3 ． 7 5 m， 其 中砂层2 8 ． 8 m， 占 6 6 ， 淤泥层厚7 ． 3 m， 占1 7 ， 粘土层7 ． 7 m， 占1 7 ， 以下是 白垩统上统粉砂岩 。 第四 系地 层为湖相沉积 ，含水丰富，据井筒附近钻孔 抽水试验，钻孔涌水量5 0 ～8 0 m。 ／ h ，静止水 位4 ． 3 8 m。 王洼矿主、风斜井第四系地层厚分别为 4 5 ． 7 m 和7 7 ． 4 m， 为亚 粘土 ， 属风化沉积 ， 垂 直节理发育 ，垂直渗透性极强．地表水与地 下水连 通性 好 ， 静水位2 9 m。 主斜井垂深4 O m， l 6 斜长8 2 ． 8 m； 风斜井垂深4 4 m， 斜长1 0 2 m， 涌 水 量 2～ 7 ． 7 m ／ h ，排 水 含 泥 量 达 1 O Z～ 2 0 ，含水呈饱和状态 ，具有湿 陷性和流动 性。 第三系地层以粘土为主， 夹含砂姜及薄层 砂 ，属冲积沉积 ，大部分呈半胶结状态 。 3 条斜井技术特征如下 项 目 斜长 m 填角 净高 m 净宽 m 掘 高[ m 掘 宽 m 冻 结壁厚 m 揄{ 对 林子斜井 王洼主斜井王洼风斜井 4 0 8 8 】 3 ．9 5 7 7 ． 4 2 2 ． 4 2 ． 2 8 3 ． 6 a 3 ． 3 8 O． 55 2 冻结 参数 设计 2 5 。 3 ． 】 3 ． 2 4 ． 5 4 ． 6 O． 7 2 2 ．】 2 ．2 3 ．3 3 ． 4 0 ． 6 0 1 冻结方案。 榆树林子矿斜井已施工 到2 6 ． 8 m，王洼主 、风斜井也施工到8 0 多 m， 工作 面处 于流砂层和液化黄土的流泥 中，从 井下扩大 井筒断 面打 斜孔冻结 是不 可能 的 ． 也没 有井 下钻斜 孔钻机和测斜仪器 ，所以采 用地面打直 孔的冻结 方案。 2 冻结深度。 榆树林子矿主斜井冻结垂 深 1 0 ． 2 m4 3 ． 8 m 的流砂 、 淤泥 层， 冻结 深度 为1 5 ． 2 m～6 3 m 见下 图 。 王洼矿主 、 风斜井 冻结第四系液化黄土层 ．冻结深度主斜井3 9 ～ 5 9 m．风斜井4 7 ～8 4 ． 3 m。 这 个深 度包括全 封闭反拱支 护及深 入底 板3 m。 使斜 井进入 稳 定岩 层 5 m 以 上 。 冻 结水 平 长度 榆 树 林 子矿 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 1 0 4 m，王洼 矿主斜井4 2 m，风斜井8 8 ． 6 m。 榆 树林 子矿 斜井 冻结钻 孔 布置 图 3 地压计算 。 3 个斜井倾角2 5 。 顶部压力 后再拔管。 按水平巷道计算。 困井口部位在旅工 中冒落 B 冻结站设计。 斜井直孔冻结， 其冻结 到地 面 ，顶部垂直压力按浅埋硐室松动 压力 管 多 ，管路长 ，应根据 冻结 长度和掘砌速 度 的岩柱理论计算。 斜井两侧压力按挡土墙理 进行分段冻结。 划段原则是冻结段冻结时间 论计算。 和掘进段的进度相吻合 ， 保证井筒连续旅工。 4 冻结壁厚度。 顶部冻结壁厚度按 自然 采取分段冻结， 可减少冻结站装机数量。 具体 平衡拱和简支梁两端承受最大剪力计算 ，两 分段如下 ； 侧冻结壁厚度采用立井冻结方法计算。 5 冻结孔布置。 榆树林子矿主斜井在垂 深2 5 ～3 0 m有一层软淤泥 ， 为加强冻结， 布置 5 排孔， 其它段为3 排孔。 在起始和终止端分别 布4 个和3 个封头孔。 王洼矿主斜井布置4 排 孔， 风斜井布置3 排孔， 中排孔穿过井筒底板 ， 与边 排孔 深度相同 。 3 个井筒第四系流砂、 淤泥和液化黄土具 有流动性 ， 为防止冻后井筒开挖工作面底鼓 ， 发生两帮冻结壁向中心位移 ，影响冻结管安 全， 所以中排冻结孔也进入底板3 m， 将井筒 冻实。 当井筒掘进到冻结管前， 提前关闭供液 管 ，切断中排冻结管，并焊死管头 ，待停冻 井 别 一段二 段三段四段合计 榆树 林子 主斜 井 水平段 长c m 3 7 ． 5 2 3 - 2 4 ． 6 1 8 ． 2 1 0 4 王 洼主斜 并水 平段 长 m4 2 一 一 一 4 2 王 洼厩斜 井水 平段 长 m， 2 8 5 3 0 2 I ． 37 9 ． 8 各井第一段积极冻结时 ，对 第二 段前 部 孔少许供冷；第一段开挖 ，第二段全面积极 冻结 ，第一段维护冻结 ；井筒掘砌和复 壁后 第二段积极冻结完成，保证斜井掘砌连续进 行 。 井筒的需用制冷量按一段积极冻结和一 段维 护冻结计算 。 冻结设计参数如下 1 7 。 k l 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆