潘一矿第二副井冻结参数优化.pdf

收稿日期 2007 - 01 - 31 作者简介黄海通1981 - ,男,河北沧州人, 2003年毕业于河北工程大学,一直从事工程施工管理工作。 潘一矿第二副井冻结参数优化 黄海通 淮南矿业集团 潘集第一煤矿,安徽 淮南 232082 摘 要介绍了潘集第一煤矿第二副井冻结方案,首次采用该方案在淮南矿区生产矿井工业 广场内对表土段与基岩含水层同时采取冻结施工,取得了良好的效果。通过该工程成功应用,表 明基岩段冻结封闭含水层效果良好,老矿区新井冻结施工要注意水源井的影响。 关键词矿井;冻结施工;基岩冻结;差异冻结方式 中图分类号TD26513 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2007 0520038202 1 概 况 淮南矿业集团潘一矿设计生产能力300万t/a。根据集 团公司发展战略,对矿井进行技术改造,在中央区工业场 地内新增第二副井,使其生产能力达到600万t/a。井筒设 计净直径710m,设计深度84815m,井口标高2215m。根据 井筒检查孔资料,第二副井揭露地层为第四系松散层、石 炭二叠系煤系地层。 第四系松散层主要由砂层、砂质粘土、钙质粘土层组 成,松散层厚度159165m。基岩风化带包括强风化带、中 风化 带、弱 风 化 带,基 岩 风 化 带 厚47105m,基 岩 厚 690135m。基岩上部为砂质泥岩,下部为厚层长石石英含砾 中粗砂岩。基岩上段含水层为埋深228140～243105m与埋 深243105～326100m两段。基于表土段与基岩第一、第二 含水层基本相连特点的地质条件,并考虑矿井位于老工业 广场内部,地面预注浆与冻结相互影响及工期紧迫,拟对 表土层、基岩风化带、部分基岩段采用冻结施工。 2 冻结设计方案优化 211 冻结方案设计 第二副井冻结设计为双排孔冻结方式,分为主冻结孔、 内排冻结孔。主冻结孔主要用于降低冻结壁平均温度、增 大冻结壁稳定性,基岩段内封闭含水层;内排冻结孔主要 用于防止井壁片帮、降低井帮温度、减少冻土位移量。 21111 冻结孔深度 主冻结孔采用差异冻结方式,深浅孔间隔布置。其中 深孔深度为330m,浅孔深度为212m,以其通过基岩弱风 化带5m左右为原则。内排孔深度178m,以其穿过基岩强 风化带为原则。 冻结深度主排冻结孔330/212m;内排冻结孔178m。 21112 冻结壁设计 井筒表土段最大掘进荒径912m,基岩段最大掘进荒径 810m。设计冻结盐水温度- 26℃～- 30℃,取控制层位 159165m。设计冻结壁厚度319m,设计冻结壁平均温度 - 10℃。 212 冻结孔布置 21211 参数优化 优化后冻结布置参数表 1 与原设计布置参数表 2 相比具有以下优点减小了冻结孔圈径,提高了冻土扩展 速度,缩短了工期;降低了冻结壁平均温度,提高了冻土 强度,可有效地防止片帮,保证井筒安全施工。 表1 优化后布置参数表 冻结孔圈径/m孔数/个间距/m 主排14184011162 内排11181721180 表2 原设计布置参数表 冻结孔圈径/m孔数/个间距/m 主排15134011201 内排12121721253 21212 优化后钻孔布置 优化后钻孔布置见图1。 3 冻结工程实施 311 冻结造孔 根据冻结造孔实测资料证明,冻结孔间距冲积层主 排孔 ≤118m,冲积层内排孔 ≤218m,基岩段主排孔 ≤ 83 施工技术 煤 炭 工 程 2007年第5期 图1 冻结钻孔布置图 315m,符合 冻结凿井技术规范 规定,满足施工要求。 312 冻结运行中的问题及应对措施 该工程自2005年4月23日正式送冷,冻结站开始运 转,积极冻结29d,于5月22日深部水文孔冒水,达到一 含交圈。而此时应该先冒水的浅部水文孔虽比原始水位有 所上升,但水位始终在9m左右徘徊,且有日降夜升的规 律。因为第二副井位于矿井工业广场区内,工业广场内水 源井较多,生活区每日早、中、晚三次供水,用水量大, 综合分析水源井使用情况与水位变化,确认水源井抽水是 造成水位徘徊的直接原因。针对此种情况,矿方与施工单 位积极配合,采取措施应对① 于5月28日起停止水源井 抽水;② 加大制冷量,控制盐水温度,合理分配盐水流量。 此后水位开始明显上升,并于2005年6月8日冒水,冻结 交圈时间为47d,比原计划滞后2d。 4 冻结效果 1 冻结交圈时间,深部交圈29d,比设计提前16d; 因水源井影响,浅部交圈47d,比原计划滞后2d。 2 冻结壁厚度,最大达到515m,最小414m,平均5m 图 2 。 3 实测井帮温度及盐水温度参数见表3。 图2 第二副井冻结壁实际交圈模拟图 表3 井帮温度及盐水温度参数 掘深/m土层性质 井帮温度/℃ 东南西北 盐水去回路 温度/℃ 1819细砂015116117211- 3015 / - 3111 4019粘土- 018- 115- 012- 115- 2915 / - 3017 7117粉砂- 415- 310- 218- 312- 2918 / - 2917 11719固结粘土- 1110- 918- 1010- 1010- 2919 / - 2919 15917风化砂岩- 1418- 1115- 1318- 1218- 2918 / - 2912 18913风化岩- 316- 516- 011- 111- 2818 / - 2813 5 结 语 潘一矿第二副井冻结施工于2005年11月12日停止送 冷,井筒套壁2005年11月23日完工,井筒顺利通过冻结 段施工,没有出现冻结管破裂、跑盐水、片帮等现象,对 老矿区新井建设有借鉴意义。通过该工程成功应用,表明 基岩段冻结封闭含水层效果良好;老矿区新井冻结施工要 注意水源井的影响。责任编辑 马光辉 93 2007年第5期 煤 炭 工 程 施工技术