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冻结法在新河煤矿井筒掘砌施工中的应用
科技小论文
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论文导读::考虑到在不稳定表土层中施工井筒时,冻结法具有适应性强。预计设计井筒位置的冲积层厚度为214.1m。表1主井掘砌进度及井帮温度表。
论文关键词:冻结,井筒,掘砌
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1工程概况
河南焦煤集团白云煤业有限公司新河煤矿位于焦作煤田东部,太行山南麓,行政隶属焦作市所辖的修武县。井田中心西距焦作12km,东南距修武县城3km,交通十分便利。矿井设计生产能力为60万t/a,服务年限为37.5a。采用立井开拓方式,工业广场内设计三个立井,分别为主井、副井和回风井。
根据m上石盒子组岩层(含风化带42.55m)、270.95m下石盒子组岩层、96.25m山西组岩新河矿井新主检孔柱状图和检查孔地质报告分析,井筒自上而下穿过215.1m冲积层、44.75层、35.8m太原组上部L8~L9灰岩(L8灰岩距二1煤层底板17.75m)。第三、四系冲积层:新主检孔揭露厚度为215.1m科技小论文,主要由灰黄色、灰色、浅灰色、棕红色粘土、钙质粘土、砂质粘土、粘土夹砾石、砾石层和中、细砂层组成。粘土内中往往含大量钙质结核,局部钙质粘土固结程度较高,呈强固结半成岩状态,亦有强固结的砂层出现(如孔深98.20m的一层中、细砂层)。砾石成分多以石灰岩为主,局部为粘土或钙质固结,分选差。新主检孔粘土类厚度75.15m,占总厚度的81.43%;砂、砾石厚度39.95m,占总厚度的18.57%,砂、砾石多分布在孔深140m以下。根据矿井设计,主井在新主检孔的浅部,预计设计井筒位置的冲积层厚度为214.1m;副井在新主检孔的深部,井筒中心距新主检孔74m,预计设计井筒位置的冲积层厚度为218.1m;中央风井预计设计井筒位置的冲积层厚度为211.7m(暂定)。
2方案确定
冻结法井筒施工指的是在井筒开凿之前,用人工制冷的方法,将井筒周围含水松散不稳定的冲积层、基岩含水层进行地层冻结,形成封闭的符合工程安全要求的起到临时保护作用的冻结壁,然后在冻结壁的保护下进行井筒掘砌工作的一种方法。考虑到在不稳定表土层中施工井筒时,冻结法具有适应性强;支护结构灵活、易控制;隔水性好;对环境影响小等优点,冻结法在建井技术中已被广泛应用[1][2]。
结合新河矿井地层埋藏深度、单轴抗压强度、蠕变特性等特点,同时考虑确保井筒安全连续施工和上部快速施工,新河矿井主、副、风井井筒表土段及风化基岩采用冻结法施工[3][4]。
经过反复方案对比优化,确定新河矿主、副、风井井筒冻结方案如下:主井:布置单圈冻结孔,采用差异冻结,差异深度234m。副井:采用主、辅冻结孔共同运转的综合冻结施工方案。主冻结孔采用差异冻结,深孔深度为292m科技小论文,浅孔深度为238m;辅助冻结孔深度为154m。风井:采用两圈冻结孔,梅花桩布置的冻结方案。差异冻结,差异深度232m。限于篇幅,只表主井的参数情况。
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表1主井掘砌进度及井帮温度表
图1井帮温度与掘进深度的关系
图2井帮温度与时间的关系
3井筒掘砌快带施工
3.1施工方案
主、副、风井井筒冻结表土段及冻结基岩段井壁均为双层钢筋砼结构。为加快工程施工速度,保证工程质量,冻结段外壁均采用短段掘砌施工方案,整体金属下行刃脚模板砌壁,掘砌有效段高均为2.5~3.6m;冻结段内壁均采用金属装配式模板自下而上一次套内壁施工。
主井采用人工配合中心回转抓岩机挖土,副井采用挖机与中心回转配合挖土,风井采用人工配合挖掘机或中心回转抓岩机挖掘,外壁支护采用整体金属下行钢模板(段高2.5/3.6m)。
3.2冻结段掘进
表土段均采用全断面一次掘进,主、风井在工作面采用风镐挖土,副井实现挖掘机与中心回转抓岩机配套作业。冻结基岩段均采用钻爆法掘进,主、风井采用SJZ5.5型(副井采用FJD-6A型)伞钻配YGZ-70型凿岩机凿岩,爆破材料均采用T220防冻水胶炸药,毫秒延期导爆管雷管。根据表土段实际揭露的砾石层采用钻爆法快速施工。
表2井筒主要施工机械化配备表
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3.3施工装备
表3新河矿主、风井井筒冻结主要技术参数表
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序号
参数名称
单位
主井
风井
1
井筒净直径
m
φ4.0
φ4.5
2
井壁最大厚度
m
0.75
0.75
3
井筒最大荒径
m
φ5.6
φ6.1
4
冲积层厚度
m
214.1
211.7
5
最低盐水温度
℃
-28
-28
6
冻结壁平均温度
℃
-8.0
-8.0
7
冻结深度
m
292
288
8
需要冻结壁厚度
m
2.54
2.7
9
冻
结
孔
布置直径
m
φ9.1
φ10.3/φ9.3
10
冻结深度
m
292/234
288/232
11
孔数
个
11/10
12/12
12
开孔间距
m
1.361
2.697/2.435
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