矿副井施工组织设计

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1、矿副井施工组织设计摘要在全球范围对煤碳需求上升的情形下，煤炭产销两旺，煤炭价格基本稳定，煤炭企业经济效益明显好转。 本文就某矿副井施工组织设计方面做了具体的介绍。根据当地的地质和地层情况做出了具体的分析，确定采用冻结法施工。结合冻结法施工原理，对冻结施工中的相关参数进行计算和设计。根据立井井筒施工机械化配套方面要求和实际施工情况，对立井施工机械化设备进行最优选型。根据井筒施工的相关规范和计算公式，对基岩段爆破、矿井通风、井壁支护、井壁注浆等方面相关参数进行详细、严谨的演算，分析和研究了一系列工序的施工组织设计。对冻结孔和炮眼的布置做出了具体的设计。最后一部分对矿井水处理方面做了具体的介绍，特别

2、是酸性矿井水处理，分析了其危害性、成因、预防和治理。最后介绍了某矿区矿井水治理方案。设计过程中至始至终本着最优经济效益、施工质量和进度来进行的。 关键字：冻结法、井筒施工、爆破、通风、矿井水Xuehu Vice-well Construction and Organization planAbstractUnder the global scope to coal demand rise situation , The coal production and marketing are prosperous, The coal price basic is stable, Coal enter

3、prise economic efficiency obvious change for the better.This article concrete introduction the vice-well construction and organization plan aspect has made the on Shenhuo groups XueHu well. Have made the concrete analysis according to the local geology and Stratum situation, So the determination use

4、s the freezing process construction. Has calculated and designed in the freeze construction related parameter that union the freezing process construction principle. Carries on optimal to the vertical shaft construction mechanization equipment, Requests according to the vertical shaft well chamber c

5、onstruction mechanization necessary aspect with the actual construction situation。Carrying on the rigorous calculation to the bedrock section demolition、Well ventilated、Wall of a well support、Wall of a well note thick liquid aspect correlation parameter and so on in detail。Analyzed and has studied a

6、 series of working procedures construction organization plan。To froze hole and artillery eye the arrangement to make the arrangement。Last the part has made the concrete introduction to the pit water processing aspect，Specially acidic pit water processing, Has analyzed its hazardous nature、the origin

7、、the prevention and the government。Finally introduced the Xuehu mining area pit water government plan。In the design process to the beginning to the end in line with the most superior economic efficiency, the construction quality and the progress carries on。Keywords: Freezing process、Well chamber con

8、struction 、Demolition、 Well ventilated、Pit water目录摘要1英文摘要21 绪论101.1 位置与交通101.2 地形地貌及水系101.2.1 地势101.2.2 地表水系101.2.3 气象101.2.4 地震111.3 煤炭销售及预测112 井筒设计概况122.1 井筒地质及测量工作122.1.1 地层122.1.2 煤层及瓦斯122.1.3 水文地质132.2 全矿井涌水量152.3 副 井 筒 特 征 表152.4 矿井主要生产及辅助系统182.4.1 副井提升系统182.4.2 矿井通风系统182.4.3 矿井排水系统182.4.4 压缩空

9、气供应系统182.4.5 矿井供电系统192.4.6 井下运输系统192.4.7 排矸系统193 冻结施工203.1 施工方案203.2 冻结法施工203.2.1 冻结法的凿井原理203.2.2 冻结壁厚度设计213.2.3 冻结孔的布置233.2.4 冻结壁平均温度的计算253.2.5 测温孔、水文孔的布置293.3 井筒冻结制冷设计293.3.1 冷冻站设计293.3.2 盐水系统设计304 井筒施工314.1 锁口施工314.2 井筒表土段施工314.2.1 掘进314.2.2 装岩324.2.3 提升、排矸324.2.4 通风324.3 风硐施工324.4 防排水334.5 砌壁施工3

10、34.6 冻结与掘砌的配合344.7 夹层注浆344.8 基岩段井筒施工354.8.1 掘进374.8.2 装岩404.8.3 提升、排矸404.8.4 支护405 通风445.1 通风方式445.2 通风计算455.2.1 初期风量455.2.2 后期风量475.3 矿井通风负压485.4 矿井通风等积孔486 井壁注浆506.1 施工方案506.2 施工方法506.2.1 注浆设备及布置506.2.2 注浆孔布置及要求506.2.3 钻孔设备的规格516.2.4 注浆孔口管选择及规格516.2.5 注浆材料选择516.2.6 注浆参数选择516.2.7 注浆压力516.2.8 注浆量526

11、.3 扩散半径536.4 注浆前的准备工作536.5 注浆施工顺序537 矿井水处理547.1 我国矿井水现状547.2 矿井水处理技术现状557.2.1 混凝剂和混合形式557.2.2 沉淀和澄清557.2.3 过滤567.2.4 消毒587.3 酸性矿井水的处理587.3.1 酸性矿井水的危害587.3.2 酸性矿井水形成的原因607.3.3 酸性矿井水预防617.3.4 酸性矿井水的治理617.4 薛湖矿矿井水处理方法647.4.1薛湖矿区矿井水概况647.4.2 混凝试验研究647.4.3 单一混凝剂混凝效果647.4.4 复合混凝剂混凝效果的研究657.4.5 矿井水处理回用的手段、

12、途径以及节水情况677.4.6 结论67致谢68主要参考文献691 绪论1.1 位置与交通 薛湖矿位于河南省永城市北部,属于永城市管辖。地理坐标为东经11617331162830，北纬340530341000。 井田中心南距永城市23km，西至商丘市75km，东至江苏徐州市80km，至安徽淮北市40km，分别与京九、陇海、津浦三条铁路干线有公路连接、或高速公路从本区北缘经过，砀山永城公路从井田东部通过，并田内乡间公路纵横成网，交通便利。1.2 地形地貌及水系1.2.1 地势本区位于淮河冲积平原北部，地势平坦开阔，总体为西北高，南东低。最高海拔标高+40.2m，最低+32.2m，一般+36+38

13、m。1.2.2 地表水系本区属淮河水系，地表水体不发育，主要河流为王引河，流经勘探区东北部边界附近，最大流量为46.6m/s，最高水位标高为+39.770m。其余均为季节性河流，雨季水位上涨，流量增大，旱季水量减少，甚至干涸无水。1.2.3 气象本区属半干旱湿润季风型气候，年平均降水量877.4m，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量为556.2mm，降水多集中于7、8、9三个月。多年平均蒸发量为1811.12mm，蒸发量大雨降水量。每年七、八月最热，一、二月最冷，最高气温为+41.5C，最低气温为+41.5 C，年平均气温+14.4 C。夏季多东南风，冬季多北、西北风，多年平均风速3.

14、4m/s，最大风速20m/s。冰冻期为每年11月初至翌年3月底，最大冻土深度伪0.21m。1.2.4 地震永城市属郯城泸江地震带影响范围,地震烈度小于6。据有关记载，公元925年以来，永城市东部安徽省境内肖县、宿县一带曾发生38次强烈地震。1668年山东郯城曾发生8.3级地震,永城受到地震影响。1.3 煤炭销售及预测全国煤炭供需平衡，局部地区偏紧，煤炭产销两旺，煤炭价格基本稳定，煤炭企业经济效益明显好转。 据预测，今后煤炭总体上需求仍呈增长趋势。整个煤矿的电力设施全部安装到位，已正式投入运营。薛湖煤矿位于永城市北部23KM的薛湖镇，井田面积81KM2，设计年生产力120吨，服务年限55.1年。

15、井筒深度为-780M，矿井投资规模68954万元，建设工期41个月。主副井设计在薛湖镇小金项村。采矿权由河南神火、永城煤电两集团共同拥有，其中，神火占55%的股份，永煤45%的股份。目前资源的详查工作已全部结束。据查，地址储量18339万吨，可供开采储量9257万吨，主采煤层为二2煤，煤层平均厚度2.29M。2 井筒设计概况2.1 井筒地质及测量工作2.1.1 地层根据井检孔揭露情况，井筒的地层自下而上有：石炭系太原组（C3）、二叠系山西组（P11sh）、二叠系下石盒子组（P12x）、二叠系上石盒子组（P21sh）、第四系（Q） (附井筒预想柱状图)。（1） 石炭系太原组（C3）深度在754m

16、766m，由深灰色生物碎屑灰岩、燧石灰岩、泥岩、砂质泥岩、煤和灰、灰绿、紫红色铝土质泥岩组成。（2） 二叠系山西组（P11sh）深度在648m754m，与下伏的太原群呈整合接触，由浅灰灰白色砂岩，灰色砂质泥岩和煤层组成，己1617煤位于该组的下部。（3） 二叠系下石盒子组（P12x）深度在92m648m，本组下部主要为灰绿色灰白色中粗粒长石石英砂岩；中部为深灰色含紫红色及暗紫色斑快泥岩，砂质泥岩；上部为灰色泥岩、砂质泥岩，中夹灰白色中粒长石石英砂岩，含可采煤层6层。（4） 二叠系上石盒子组（P21sh）深度在55m92m，本组主要为浅灰白色中细粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩和薄煤层组成，与下伏

17、的下石盒子组呈整合接触。（5） 第四系（Q）深度在0m55m，顶部为殖土，中部为含钙核的粉质黏土层，底部为一薄层乱石层。2.1.2 煤层及瓦斯该井田水文、地质条件为中等类型，煤层埋藏深（开采水平-780m），表土层厚（近400m）。全井田总资源储量20210万吨，可采储量9475万吨。煤质为低中灰、特低硫、特低磷、中高发热量、热稳定性好的优质无烟煤和贫煤，煤层不自燃，煤尘具有爆炸性，-750以深瓦斯含量大、地温高。主要可采煤层为二2煤层，平均厚度2.29m；其次为三22煤层（平均厚度0.81m）和三3煤层（平均厚度0.79m）。2.1.3 水文地质（1） 含水层组1） 上寒武统和中奥陶统灰岩含

18、水层由崮山组和马家沟组地层组成，主要岩性为白云质灰岩。发育溶洞，根据白坪井田地质报告，崮山组灰岩见溶洞钻孔分布于89付103线之间，在本井田内未见，马家沟组石灰岩主要分布在本井田。单位涌水量0.009621.863L/s.m，水位标高428.62229.25m。含水层顶至二2煤层底板平均间距72.6m，为底板间接充水含水层。2） 太原组下段灰岩含水层组含水层组为L14石灰岩，一般厚度1018m，单位涌水量0.00210.00491L/s.m，水位标高407.31263.01m。含水层顶至二2煤层底板平均间距45.6m，为底板间接充水含水层。3） 太原组上段灰岩含水层组L7灰岩及以上太原组地层平

19、均厚度16m，L79灰岩为含水层，井田内钻孔揭露灰岩含水层厚10.2037.30m，平均22.76m，无漏水钻孔。原白坪井田该含水层漏水钻孔主要集中在99108勘探线之间。本井田范围内无抽水钻孔，据附近付10301钻孔抽水资料，单位涌水量0.00620.2947L/s.m，富水性弱中等。为二2煤开采直接充水含水层。4） 山西组砂岩含水层组在二1煤层以上有45层细粗粒砂岩（俗称大占砂岩、香炭砂岩和冯家沟砂岩）为含水层，井田内钻孔揭露厚度2.4558.23m，平均20.11m，单位涌水量0.00620.0181L/s.m，富水性弱。为二2煤开采直接充水含水层。5） 三22煤层顶底板砂岩含水层组顶板

20、含水层为细中粒砂岩13层，厚度015.8m，平均4.94m，泉水少，流量小于0.5L/s。底板含水层有细中粒砂岩12层，多为透镜体，一般厚117.76m，平均厚度2.92m。含水层为砂岩孔隙裂隙承压水。6） 平顶山砂岩含水层岩性主要为厚巨厚层状中粗粒砂岩，平均厚69m。正常情况下该含水层与采煤无关，可作为局部小水量供水水源点。7） 第四系含水层分布于低山丘陵的沟谷中为坡积洪积和冲积洪积物，平均厚度7.10m，对煤层开采无影响。（2） 隔水层1） 本溪组铝质泥岩隔水层厚度226m，平均10.0m。层位稳定，是上寒武统和中奥陶统灰岩含水层与太原组下段灰岩含水组之间的隔水层。2） 太原组中段砂泥岩隔

21、水层L4灰岩顶至L7灰岩底之间的地层，厚1454m，平均24m，泥岩类占65.8。为太原组上、下段灰岩含水组之间的隔水层。3） 二1煤层底板隔水层L8灰岩顶至二1煤层底板之间地层，一般厚510m。厚度薄，岩性主要为泥岩类夹薄层泥灰岩、细砂岩、煤层。岩石平均抗拉强度2.1MPa。隔水性能较差。4） 下石盒子组泥岩类隔水层三22煤层底板含水层以下的地层，厚约160m，岩性以泥岩砂质泥岩为主，夹薄层砂岩和薄煤层等。厚度大，层位稳定，是良好的隔水层。5） 上石盒子组泥岩类隔水层永城砂岩底至三22煤层顶板含水层之间的地层（包括下石盒子组上部地层），厚约320m，岩性以泥岩类为主，厚度大，层位稳定，是良好

22、的隔水层。（3） 断层水文地质特征1） 断层带发育特征井田内构造以北东向断层为主。断裂构造带的发育特征是断层导水性和富水条件的重要因素之一。根据勘探结果，井田内断层的断层带铅垂厚度变化大，影响带比内带厚，上盘影响带一般较厚；断层内带以胶结疏松状角砾岩为主，局部见糜棱岩、碎裂岩。影响带中砂岩和石灰岩地层一般裂隙发育，岩芯较破碎，常见方解石脉和黄铁矿晶体充填，泥岩类地层有擦痕、滑面，局部有揉皱现象。2） 断层导水性和富水性特征箕F32断层影响带有少数钻孔漏水，为影响带局部有导水性的断层，但该地段岩溶列裂隙发育较差，富水性弱。箕F7断层位于新峰背斜轴附近。在井田内落差2090m，具有一定导水性。2.

23、2 全矿井涌水量利用抽水参数用解析法预算全矿井正常涌水量分别为2377.36m3/h。最大涌水量按正常值的1.251.35倍计算，故薛湖矿预算涌水量为：正常涌水量最大涌水量全矿井 2377.36 m3/h2971.7 m3/h 下山涌水量根据同类条件矿井下山实际涌水量资料，取采区正常涌水量700/h，最大涌水量1200/h，作为下山采区排水设备选型的依据。2.3 副 井 筒 特 征 表副井井筒净直径6.5m，井深707m，井筒中心坐标为X=3920364.889m，Y=38466294.451m，风硐设计方位角90。表21 副 井 筒 特 征 表 序号名 称单位副井1井口坐标纬距m392036

24、4.889径距Ym38466294.4512井口标高m+83.83提升方位角度2434井筒深度m634.85井筒直径净m6.5掘进冻结段m9.4/10.25/11.05基岩段m7.76井筒断面净m233.2掘进冻结段m263.4/82.5/95.9基岩段m246.67砌壁厚度冻结段m1.4/1.8/2.2基岩段m0.6材料冻结段钢筋砼基岩段钢筋砼8表土层厚度m5229冻结深度m57510井筒装备一对双层四车1.5t矿车罐笼（宽窄各一），组合钢罐道，玻璃钢梯子副井：净直径6.5m，装备一宽一窄1.5t双层四车多绳罐笼、组合钢罐道，设梯子间，井筒内敷设排水管、压风管、洒水管、动力电缆和通讯信号电缆

25、。担负全矿井的升降人员、设备升降、提矸下料、进风等任务，并兼作井下一安全出口。详见图22图22 副井井筒断面图副井梯子间分别采用玻璃钢梯子间。各个井筒装备的罐道梁及梯子梁均采用树脂锚杆固定，所有金属构件均应采用玻璃钢进行防腐处理。井壁结构：副井200m以浅井壁厚1.4m，200370m以深井壁厚1.8m，370m以深井壁厚2.2m。2.4 矿井主要生产及辅助系统2.4.1 副井提升系统采用落地式多绳摩擦轮提升机方式。选用JKMD-44(III)E型提升机，提升一对 1.5t矿车双层四车多绳罐笼。提升钢丝绳首绳选用43ZBB6V37S+FC-1520型三角股钢丝绳，左右同向捻各两根，平衡尾绳选用

26、P18729NAT-8419-1370型扁钢绳2根，提升速度10.05m/s。2.4.2 矿井通风系统根据矿井的开拓布置，初期采用中央并列抽出式通风系统，由副井进风，中央风井回风。经综合技术经济比较选用BDK618-8-NO30型高效率低噪声对旋轴流式通风机2台。2.4.3 矿井排水系统井下主排水采用一级排水系统，在副井井底建立排水泵房，将矿井涌水直接排到地面。矿井正常涌水量2377.36m3/h，最大涌水量2971.7m3/h，排水高度615.8m 。矿井选择13台PJ200B8型高扬程水泵，排水管选用42618mm无缝钢管4趟，3趟工作，1趟备用。西二采区排水设备选择MD450-603G型

27、水泵5台，2台工作，2台备用，1台检修2.4.4 压缩空气供应系统压缩空气设备选型如下：（1） 选择SA-375W型螺杆压缩机4台，供选煤厂加压过滤机用风，单台空压机排气量64m3/min；（2） 选择SA-250W型螺杆压缩机2台，平时主要供井下风动工具用风，1台工作，1台备用；选煤厂开机前搅拌介质桶时2台空压机同时工作。该空压机排气量40.5m3/min。2.4.5 矿井供电系统（1） 供电电源：薛湖矿的供电电源有两个：一个是李固110kV变电站，一个是冯营电厂。目前矿井110kV变电站的双供电电源已形成。（2） 地面供电：110kV变电站分别以10kV电压双回路电缆向工业场地内主、副井绞

28、车、压风机、通风机等地面高压负荷及站内动力变压器、选煤厂变电所、锅炉房变电所供电，以10kV电压五回路电缆向井下负荷供电。工业场地内高低压配电系统均采用放射式供电方式。（3）井下供电：选用五回护套电力电缆，沿副井井筒下至副井底井下中央变电所供井下负荷用电。在副井底设井下中央变电所，在东一盘区第二中部车场设东一盘区变电所；在西二盘区-640m水平设西二盘区变电所。井下供电电压等级分为：高压10kV，低压为1140V和660V，照明和电钻电压为127V。2.4.6 井下运输系统（1） 井下大巷运输：煤炭主运输采用胶带输送机运输。驱动方式：头部双滚筒驱动，防爆电机。胶带类型：钢丝绳芯阻燃输送带，带强

29、1250N/mm。辅助运输经分析比较，采用无极绳连续牵引车运输；人车采用架空乘人器运输方式。辅助运输用1.5吨固定式矿车、1.5吨材料车、18吨平板车。（2） 采区运输：西二盘区下山采用胶带输送机。驱动方式：头部双滚筒驱动，防爆电机。胶带类型：钢丝绳芯阻燃输送带，带强1600N/mm。（3） 回采工作面煤炭运输：刮板输送机拟选用SGZ-764/400型，实现与采煤机、液压支架的三机配套。2.4.7 排矸系统自副井提升的矸石出井口房编组，由电机车牵引到临时矸石山。3 冻结施工3.1 施工方案副井参照两井检孔资料推算，表土层厚度约为755m。岩性以粘土、砂质粘土为主，并含有少部分砂砾石层，砂砾石层

30、含水性强、表土层稳定性差，故需采用特殊方法施工。副井井筒内均装有提升设备，井筒安全间隙必须保证，故对井筒偏斜要求高，基于此国内提升井筒多采用冻结法施工，考虑到本井田表土层深，为保证井筒施工质量，故设计副井井筒表土段采用冻结法施工。结合井检孔资料，初步确定副井井筒冻结深度为780m，基岩厚度73m左右，根据我国目前特殊凿井施工现状，采用钻井法施工或冻结法施工在技术上均可行。经分析，冻结法施工，施工工期较钻井法短约8个月，但准备工期较钻井法长约5个月，总工期钻井法略长，但从造价分析，目前钻井井筒造价略低，但国内近几年钻井井筒较少。经过调研和根据井筒技术特征及设备配备，确定采用冻结法施工。冻结法在矿

31、井建设中多用于立井的开凿，也用于其它地下工程的不稳定地层或含水极丰富的裂隙岩层施工。通常，当地下水含盐量不大，且地下水流速较小时(流速v1710m/s)，均可使用冻结法。井筒直径大小和深度基本不受限制。3.2 冻结法施工3.2.1 冻结法的凿井原理岩土工程冻结制冷技术通常是利用物质由液态变为气态，即气化过程的吸热现象来完成的。其制冷系统多以氨作为制冷工质。为了使氨由液态变成气态，由气态又变为液态，如此循环进行，整个制冷系统由三大循环构成：氨循环系统、盐水循环系统、冷却水循环系统。这种制冷系统可获得-35左右的低温盐水。立井冻结凿井是利用传统的氨循环制冷技术来完成的。它是在井筒开挖之前，用人工制

32、冷的方法，将井筒周围含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕冻结壁，用于抵抗地压、水压,隔绝地下水与井筒之间的联系。而后，在其保护下进行掘砌施工。为形成冻结壁，首先在欲开挖井筒的周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器。低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层之热量，形成冻结圆柱。冻结圆柱逐渐扩大并连接成封闭的冻结壁，直至达到其设计厚度和强度为止。然后在其保护下进行掘砌施工，以便安全穿过含水地层。冻结法凿井主要工艺过程包括：冷冻站安装、钻孔施工、井筒冻结和井筒掘砌四大内容。3.2.2 冻结壁厚度设计（1） 计算公式深厚冲积层的冻结壁厚度和安全掘进段高计算：方法之一是以中国为代表，采用多姆克公式计算砂性

33、土层的冻结壁厚度和维亚洛夫扎列茨基公式计算粘性土层的安全掘进段高；1） 多姆克公式多姆克于1915年，把砂性土层冻结壁看作无限长的弹塑性厚壁筒，按第三强度理论推导得出的冻结壁厚度计算公式。 式中：E按强度条件计算的冻结壁厚度，m；R井筒掘进半径，主井取4.3m，副井取5.25m；P计算水平的地压，MPa；K砂性土层的冻土计算强度，MPa。2） 维亚洛夫扎列茨基公式维亚洛夫扎列茨基于1962年，把粘性土层冻结壁看作有限长的塑性厚壁筒，按第四强度理论推导出来的冻结壁安全掘进段高计算公式。或 式中：E按强度条件计算的冻结壁厚度，m；P计算水平的地压，MPa；h按变形条件计算的安全掘进段高，m；T粘性

34、土层的冻结持久抗压强度或计算强度，MPa；工作面冻结状态系数，掘进工作面为非冻结状态时取，掘进工作面冻实时取，即=0.8651.73。为了便于计算，工作面冻土扩展范围为0、1/4、2/4、3/4、4/4时，值可相应地取1.732、1.516、1.299、1.082、0.865。（2） 计算结果把冻结设计控制层位的地压值、冻土计算强度、井筒掘进半径以及冻土蠕变参数值等代入公式中，便可求得冻结壁厚度计算值（见表31）。表31 副井的冻结壁厚度 序号井 筒副 井1净直径/m6.52冲积层/风化带厚度/m518/5443冻结深度/m7804井壁最大厚度/掘进最大直径/m2.2/10.95冻结盐水温度/

35、主冻结孔间距/m-1-34/3.06冻结控制地层名称粉砂细砂7埋深/m251.10496.98地压/MPa3.2646.4609冻结孔布置方式三圈布置，主冻结孔内侧增设辅助冻结孔10冻结壁平均温度/-8.5-15.011冻土计算强度/MPa5.17.912冻结壁厚度/m6.19.53.2.3 冻结孔的布置（1） 冻结孔布置圈直径的确定薛湖矿副井的冻结壁设计厚度为7.89.5m宜采用主冻结孔内侧增设辅助孔与防片帮冻结孔相结合的布置方式，防片帮冻结孔的深度取520m。冻结孔布置圈直径计算方法如下：主冻结孔：由公式求得辅助冻结孔：由公式求得防片帮孔：由公式求得（2） 冻结孔间距及孔数的确定根据冻结壁

36、设计的原则，结合冻结壁厚度、掘进荒径的变化及掘进速度要求，并考虑以往深井冻结施工经验，综合确定冻结孔布置圈直径、孔间距，以满足冻结壁厚度及平均温度的要求。其中辅助孔主要起上部防片帮、中下部降低井帮温度、防底鼓的作用；外圈主要起增加冻结壁厚度、降低冻结壁平均温度、增大冻结壁稳定性的作用。副冻结参数见表32。冻结孔布置见附图。表32 薛湖矿副井冻结参数表 序号项 目 名 称单位井筒冻结设计参数副井备注1井筒净直径m6.52冲积层埋深m5183冻结深度m5754控制层位m518砂质粘土5冻结壁厚度m9.56冻结壁平均温度-157冻结孔最大孔间距控制表土m2.9中排孔岩石m3.3/4.5中排孔8冻结孔

37、靶域半径（表土/基岩）m0.8/1.09外排孔圈径m25采用133冻结管；350m以上设隔热层，以实现局部冻结。 孔数个46开孔间距m1.70深度m52010中排孔圈径m19 -400m以上选用13357mm、-400m以下选用1597mm低碳钢无缝钢管，内管箍对焊联接。孔数个46开孔间距m1.30深度m550/57511内排孔圈径m14.7-200m以上选用1595mm低碳钢无缝钢管、-200m以下选用1337mm低碳钢无缝钢管，内管箍对焊联接。孔数个23薛湖矿副井冻结参数表 续表32开孔间距m2.0深度m52012水文孔布置（深度/个数）m/个98/1，246/1，489/1采用159无缝

38、钢管13测温孔布置（深度/个数）m/个100/1、300/1、550/2 575/1采用108无缝钢管 14供液管规格mm75615设计盐水温度-30-3216钻孔工程量m6500817纯钻进工期d16218冻结工期d425开机至开挖/开挖至停机d110/31519井筒需冷量Kcal/h694.410420冻结站装机工况制冷量Kcal/h84810421装机规格/台数8AS-17/488AS-12.5/3222冻结运转最大负荷KW80003.2.4 冻结壁平均温度的计算采用成冰提出的单圈孔和主冻结孔内侧（含防片帮孔）冻结的冻结壁平均温度计算公式。（1） 单圈孔冻结时冻结壁有效厚度的平均温度等于

39、按冻结壁0边界计算的平均温度值与井帮温度对冻结壁有效厚度的平均温度影响值之和。tc=t0c+te 3.1.1 3.1.2te=tn 3.1.3式中：tc按冻结壁有效厚度计算的平均温度，；t0c按冻结壁0边界计算的平均温度，；te井帮冻土温度对冻结壁有效厚度的平均温度影响值，；tb冻结盐水温度，；l计算水平的冻结最大间距，m；E冻结壁有效厚度，m；tn计算水平的井帮冻土温度，；井帮冻土温度每升高或降低1对冻结壁有效厚度的平均温度影响系数=0.250.3，根据实践经验可近似取=0.3。当井帮土壤为正温时，取0。（2） 主冻结孔内侧增设辅助孔（含防片帮孔）冻结时在成冰提出的单圈孔冻结壁平均温度计算公

40、式基础上，增加主冻结孔与辅助冻结孔之间部位对平均温度的影响值。tcf=tc+tfn 3.1.4或 3.1.5式中 tcf主冻结孔内侧增设辅助冻结孔的冻结壁有效厚度平均温度，；tc单圈孔冻结壁有效厚度的平均温度，符号同公式（3.1.1），；tfn主冻结孔与内侧辅助孔之间部位对冻结壁有效厚度平均温度的影响值；S辅助孔圈与主孔圈之间的距离，m；E1主冻结孔外侧冻结壁厚度，m；E2辅助孔内侧冻结壁有效厚度，m；ts辅助孔与主冻结孔之间部位的冻结壁平均温度，。（3） 计算结果从主检查孔资料分析，薛湖矿井筒穿过的冲积层厚度为518m，砂性土层按埋深423.3m的中细砂计算，薛湖矿的冻结壁厚度将达到9m（副

41、井）以上，采用单圈孔冻结较难满足工程需要。根据国内深厚冲积层冻结凿井经验，当设计冻结壁厚度达810m时，需要采用主冻结孔内侧增设辅助冻结孔（如程村主、副井）或主冻结孔内、外侧均增设辅助冻结孔（如龙固副井，丁集主、副井）的布孔方式。参照程村主井在主冻结孔内侧增设辅助冻结孔和外层井壁掘砌平均速度达67m/月条件下的井帮冻土温度与深度的关系曲线（如图3-3）分析，薛湖矿的井帮冻土温度可参考表3-4的数据选取。图3-1-3 程村主井冻结段井帮温度（t）与深度（H）的关系1粘土；2砾石 表3-1-5 冲积层冻结段井帮温度参考值 图33 程村主井冻结段井帮温度（t）与深度（H）的关系1粘土；2砾石 表3-

42、4 冲积层冻结段井帮温度参考值深度/m50100150200250300400500550井帮温度/粘性土+20-1.0-2.7-4.2-6.5-9.5-12.5-14.0砂性土0-2-3.0-4.7-6.2-9.0-12.0-15.0-16.0备注（1）井筒试挖/正式开挖前冻结时间为105/120d；（2）外层井壁掘砌速度（m/月份）=110/1、90/2、80/3、70/4、60/5、55/6、50/7、45/8；（3）外层井壁平均掘砌速度=71.3m/月，平均成井速度=56m/月。把冻结盐水温度（-34）、冲积层中冻结孔允许成孔间距（3m）和控制层位的井帮冻土温度（-8-10）代入公式（

43、3.1.13.1.4），便可求得薛湖矿副井冻结壁平均温度值（见表3-6）。 表3-6 冻结壁平均温度计算结果冻结壁厚度/m7.58.08.59.09.5井帮冻土温度/-12-14-12-14-12-14-12-14-12-14冻结壁平均温度/单圈孔冻结-12.2-12.8-12.4-13.0-12.6-13.2-12.8-13.4-13.0-13.6主冻结孔内侧增设辅助孔冻结-14.7-15.3-14.9-15.5-15.1-15.7-15.3-15.9-15.5-16.1备注（1）盐水温度=-34；（2）主冻结孔在冲积层中的最大成孔间距=3m；（3）根据20多年的实践验证，成冰公式中井帮温度

44、对冻结壁有效厚度的平均温度影响系数取0.3时的计算结果与按实测温度作图法求得的冻结壁平均温度基本相等，故赵固一矿冻结壁设计时取=0.3；（4）公式中的tfn、tfy值均取2.5。3.2.5 测温孔、水文孔的布置副井布置三个水文孔和五个测温孔(1) 测温孔布置布置原则：地下水流上方、冻结壁外侧最大孔间距处；冻结壁内侧界面处；冻结壁外侧主面、界面处；尽可能均匀布置。 为加强对冻结壁温度场的监测，每个井筒设计5个测温孔。测温孔采用1406mm20#(GB81631999)优质低碳钢无缝管，内管箍连接，管底密封，不试压、不灌水，确保不渗水。（2） 水文孔布置每个井筒设计三个水文孔。水文管规格：D150

45、焊接管，外管箍连接。3.3 井筒冻结制冷设计3.3.1 冷冻站设计（1） 井筒需冷量计算1） 冻结管直径初选：根据井筒的冻结深度和冻结壁的平均温度，初选副井的冻结管直径见表3-7。 表37 副井的冻结管直径 井类孔类孔深/直径孔深/直径副井外圈350m，140x6350m, 159x7中圈400m, 133x57400m, 159x7内圈200m，159x5200m, 133x7水文孔159测温孔1082） 冻结深度副井冻结深度均为780m，超基岩风氧化带：副井33m。3.3.2 盐水系统设计（1） 盐水配比及盐水循环量1） 盐水配比：盐水比重1270kg/m3，比热0.650kcal/kg.

46、，波美度30.7Be。2）盐水总循环量：W副1600m3/h；W主1351m3/h；W风1148m3/h。（2） 盐水干管及集配液圈规格根据流量分配及冻结工艺特点，采用双集、双配，盐水干管为双去双回。选用425mm钢管盐水干管及集配液圈。（3） 盐水泵选型主、风井选用8台12S6型，流量936m3/h，5台工作3台备用；副井选用5台12S6型，流量936m3/h，3台工作，2台备用。4 井筒施工4.1 锁口施工冻结壁形成后，掘至永久锁口底板位置，并将壁座一并掘出，从下向上浇筑混凝土，壁座及永久锁口一并浇筑，然后再砌筑临时锁口。4.2 井筒表土段施工4.2.1 掘进表土段前3.2m按1m放坡采用

47、机械开挖，防止坍塌和井壁下沉。过流沙段采用组合井圈沉井法临时支护，人工开挖。回风井施工前，在井筒四周挖掘四个深度5m的降水小井。井圈采用14槽钢加工而成，井筒部分井圈外径7.2m，每道井圈分6节；风硐部分井圈支护外侧宽度6.2m，风硐（含堵墙部分）每道井圈分5节。每道井圈对接及相邻井圈均采用1650m螺丝连接牢固 (详见表土段过流沙井圈加工图) 。井圈支护时，在内侧垂直向下打入长度2m钢钎或2寸钢管导向，保证井圈铅垂下沉，井筒与风硐相关处及风硐中间用4寸钢管打设横向支撑，确保井圈不受压变形。在井圈以下井筒和风硐开挖前，紧贴井圈下部打上钢钎，防止井圈下沉，钢钎间距2m。施工6.9m后，先沿井筒中

48、部用风镐下掘，暂预留距井壁不小于0.5m的土层支托上部井壁，中部掘够一段高（1.6m）后再以对角分区式的方法依次刷扩井帮到设计规格。施工工序：开挖掘进清底找掘进规格绑扎钢筋立模找净规格浇注砼开挖掘进清底找掘进规格落模浇注砼。注意事项： 表土层开挖时先开挖中间部分，段高符合要求后再开挖井壁部分。 掘进过程中遇大块岩石不能用风镐掘进时，可放小炮处理。 挖掘施工时为防止片帮，井口备足杂木板、费铁道作临时支护。 挖掘时先挖出罐窝利于出渣；并挖出超前集水坑，及时用风泵排出积水。 当进入风化基岩后，如果岩石稳定性较好，可采用SGZ-6.7型6臂伞钻打眼，中深孔光面爆破，电雷管配合导爆管起爆，炸药选用水胶炸

49、药，起爆电源为380V交流电。当进入风化基岩后，如果岩石稳定性较好，可使用伞钻打眼，使用钻爆法掘进。打灰段高可根据实际情况增至3.2m或4.8m。根据设计约在88m位置设一个壁座，壁座采用钢筋砼支护，壁座伸到井壁外截面尺寸：内高外高宽度=5003000800mm。壁座设在坚硬的中粒砂岩中，位置根据施工实际揭露岩石情况具体确定。4.2.2 装岩初期采用人工装岩，吊盘安装后采用HZ-6中心回转抓岩机装岩。 4.2.3 提升、排矸井架没安装前采用25T吊车、2.0m3吊桶提升，后期提升采用双套单钩系统，瑞典23.5M型矿井提升机配4.0m3吊桶、3.0m3吊桶，XKT231.5B型矿井提升机配3.0

50、m3吊桶或2.0m3吊桶，座钩式自动翻矸，井架设双向矸石仓。采用铲车配合汽车排运至矸石山。4.2.4 通风采用230KW对旋风机，配800m胶质风筒，压入式通风。4.3 风硐施工风硐拱部随井筒（6.90m）一次开挖，待滑模找正后再立骨，随井筒一次绑扎钢筋、浇注砼。浇注过程中，应均匀对称浇注，以防止出现跑盒子现象，一次浇注高度300mm。模板随浇注高度摆放。风硐墙体随井筒（106.9m）施工。当拱部砼初凝后，方可拆除拱部楦骨模板，开挖风硐下部，先开挖中间部分，帮部预留500mm,从端头对称挖槽打设支撑顶柱，顶柱间距1m,每侧4根，要求穿鞋戴帽，顶柱采用6寸钢管。风硐钢筋必须与井筒钢筋绑扎一体，保

51、证横筋的搭接长度不600mm。4.4 防排水前10m施工期间，应在井筒周围开挖防洪沟。并准备足量的彩条布，以备降雨时覆盖开挖空间，防止工作面积水或受雨水冲刷造成片帮。表土施工采用在井筒外围设降水小井降低水位，以减轻井筒涌水对施工的影响。井筒内排水采用风泵将水直接排至地面，或先排至吊桶，再由吊桶排至地面。4.5 砌壁施工副井冻结段采用高强度钢筋混凝土塑料夹层井壁结构形式。 120m以浅混凝土强度为C30，120575m内、外层井壁为C40C70低水化热、早强、防裂、密实、高性能混凝土。根据内、外壁要求，内、外壁混凝土配合比不同。外层井壁混凝土3天、7天强度分别达到设计的70、100，前期强度大，

52、能防止井壁被压坏；内层井壁混凝土水化热低，能防止混凝土凝固时由于温度应力产生的收缩缝。砌壁施工采用底卸式吊桶输送混凝土，吊盘分灰，经斜溜槽和橡胶软管入模。为了保证混凝土在降至零度前获得足够的强度，要求加入适量的早强剂和减水剂，减少混凝土水的用量，增大和易性，提高混凝土的早、晚期强度。冻结段井筒的外层混凝土井壁采用可调节液压整体金属模板。内层混凝土井壁采用液压滑升模板，在冻结段掘砌施工到底后，在井底组装，一次滑升到井口，连续浇注，连续滑升，实现机械化快速施工的要求。4.6 冻结与掘砌的配合（1） 在冻结孔和冻结钻以及冷却水、盐水系统均已施工完成后，冷冻站具备运转条件时，井筒开始积极冻结，同时，在

53、主、风井口组装凿井井架，在副井改装永久井架、安装天轮平台、翻矸台及井口施工棚。在积极冻结2个月后，主要含水层已交圈，冻结壁达到一定的厚度，根据情况，冻结单位下达试挖通知，井筒可开始试挖。在表土下挖25m，砌筑外壁并做好永久井径和锁口后，安装吊盘、固定盘、封口盘并吊挂各种管路，此时，井筒具备了正式开挖的条件。（2） 掘砌单位要严格控制掘砌段高和空帮时间：300400mm段掘砌段高2.0m，空帮时间不超过20小时；400575m段掘砌段高1.5m，空帮时间不超过18小时。（3） 在300m以深深厚粘土层掘砌时，要强化冻结，盐水温度要降至-320C-340C,以降低冻结壁的温度，提高冻结壁的强度，减

54、少冻结壁变形量。（4） 冻结单位要加强井下观测，与掘砌单位合作，及时确定合理的安全掘进段高，指导掘砌施工。（5） 由于冻结表土硬度较大而采用全断面一次爆破的钻爆法掘进时，放炮前要关闭全部冻结器的阀门，暂停盐水循环并要加强盐水箱水位监测，以防爆破震断冻结管。（6） 根据冻结管的偏斜情况控制盐水供给量 偏向井帮或间距小的冻结管可少供循环盐水，偏向外侧或间距大的冻结管可多供循环盐水。根据地层需冷量，结合冻结实际情况，适当调整冻结管的盐水循环量，可达到提高冻结速度和控制冻土进入井帮的目的。4.7 夹层注浆（1） 夹层注浆是冻结段塑料夹层井壁必须进行的工序，注浆时间应在内、外层井壁均处于正温状态和冻结壁

55、解冻透水前进行。考虑本矿冲积层厚度大，内层井壁厚度最厚1200mm，最薄600mm，自上而下连续浇筑，浇筑混凝土体积大，在套壁过程中井壁将一直处于较高温度状态，套壁到井口时井内悬吊设备已全部拆除，上下吊盘十分方便，加上套壁结束后一个月的时间内仍然处于正温状态，夹层周围混凝土温度在20C以上，应在套壁结束后立即进行夹层注浆。不仅注浆工期短，而且注浆质量业有所保证。（2） 注浆材料以单液水泥浆为主，视注浆效果也可采用水泥、水玻璃双液注浆。（3） 注浆方式：自上向下分段进行，每5m为一个段高。（4） 注浆压力：大于注浆位置的静水压力。要控制在井壁设计承载力的安全范围内。4.8 基岩段井筒施工基岩段井

56、筒掘砌采用传统的钻爆法来施工。在冻结井筒施工中，井帮和井内的温度低，应采取有效的措施，防止压风管因水汽凝结而堵塞和供水管冻实等事故。采用钻爆法掘进时，应制定炮眼防冻措施，防止打好的炮眼结冰冻实。副井井筒施工平面布置图如图41所示：图41 副井井筒施工平面布置图4.8.1 掘进采用SJZ6.7型6臂伞钻打眼，中深孔光面爆破，电雷管配合导爆管起爆，炸药选用水胶炸药，起爆电源为380V交流电，炮眼深度4.0m，炮眼利用率92.5%，有效进尺3.7m。爆破图表：（f=46，荒径7.0m）(1) 炮眼深度：眼深度取4.0m，炮眼利用率按92.5%计，循环进尺为3.7m。(2) 炮眼布置及数量：井筒掘进荒

57、径7.0m，采用一二阶直眼掏槽方式。一阶掏槽眼：掏槽眼深4.2m，圈径取1.1m，眼数6个，眼距550mm，每眼装药5卷。二阶掏槽眼：眼深4.2m，圈径取1.9m，眼数8个，眼距727mm，每眼装药5卷。一圈辅助眼：眼深4.0m，圈径取3.1m，眼数12个，眼距854mm，每眼装药4卷。二圈辅助眼：眼深4.0m，圈径取4.5m，眼数17个，眼距864mm，每眼装药4卷。三圈辅助眼：眼深4.0m，圈径取5.9m，眼数25个，眼距765mm，每眼装药4卷。周边眼：眼深4.1m，圈径取7.0m，眼数31个，眼距708mm，每眼装药3卷。(3) 装药、联线：取岩石硬度系数f=46，单位原岩炸药消耗量小

58、于1.87kg/m3控制。选用水胶炸药，规格为45400mm，每卷重800克，以此确定各炮眼装药量。装药结构为连续偶合装药，反向爆破，联线方式为串并联(附爆破图表)。表43 基岩段爆破原始条件瓦斯情况掘进断面38.5m2普氏系数f=46钻眼机具SJZ6.7型伞钻炸药类别矿用水胶炸药雷管类别毫秒延期电雷管半秒延期导爆管图44 炮眼布置图表45 基岩段爆破参数图表序号炮眼名称眼深（m）圈径（m）眼数（个）眼距（mm）装药量（kg）起爆顺序联线方式备注卷 /孔小计16一阶掏槽4.21.16550530串并联f=46。选用45400mm水胶药卷，0.8kg/卷。采用反向装药。如岩性变化，可适当调整爆破参数。714二阶掏槽4.21.987275401527一圈辅助4.03.1128544482844二圈辅助4.04.5178644684567三圈辅助4.05