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朱集煤矿主、副井冻结施工组织设计

主、副井井筒冻结工程施工组织设计

中煤第五建设公司第三工程处

二00六年五月二十四日

淮南矿业（集团）朱集矿位于安徽省淮南市潘集区境内，距洞山约38km，井筒位于矿井工业广场内，场地内地势平坦，多为农田SYT 5946-2019 钻井液用包被抑制剂 聚丙烯酰胺钾盐.pdf，无障碍物。

该矿井由安徽省合肥煤炭设计院设计，矿井设计生产能力400万t/a，采用立井开拓方式，主、副、风、矸石井四个井筒位于同一工业广场内，其表土段均采用冻结法施工，基岩段采用地面预注浆封水。

其中朱集煤矿主、副井井筒冻结工程由我处承担施工，为了优质、高效、安全、快速地完成本工程的施工任务，特编制《淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒冻结工程施工组织设计》。

编制设计的主要依据为：

⒈《淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒冻结分项工程施工合同》；

⒉《淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒冻结分项工程招标文件》

3.《淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒答疑资料》

4.淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒检查孔综合柱状图及井筒检查孔中间地质资料；

5.井筒检查孔冻土物理力学性能试验报告；

6.淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒井壁结构图；

7.淮南矿业集团朱集煤矿水质分析报告；

8.淮南矿业集团朱集煤矿工业场地平面布置图；

9.《矿山井巷工程施工及验收规范》；

16.《简明建井工程手册》。

17.《煤矿安全规程》

1.井筒特征及地质、水文地质概况

井筒主要技术特征见表1.1.1。

表1.1.1主、副井井筒主要技术特征表

X=37517.788

Y=83421.445

X=37382．000

Y=83239．000

1.2井筒地质、水文地质概况

根据检查孔地质综合柱状图，朱集矿井主、副井井筒穿过的地层自上而下为新生界冲积层和二叠系地层。

新生界地层，朱集煤矿新生界冲积层主、副井厚度分别为323.40m、328.1m，主要由砂、粘土、砂质粘土和粘土质砂组成。其中主井垂深304.7~318.50m为含砾砂质粘土，粘土粘结性、可塑性一般，整层固结中等；副井垂深260~280m为粘土层，浅灰绿杂锈红色，致密，含钙质成骨状分布，底部富集呈半岩化状，受锰质浸染，固结好。主、副井粘性土层占总厚度比例分别为：50%、47%，主要由砂质粘土、含砾砂质粘土、粘土组成。主、副井井筒穿过砂层分别为34层和35层，主要由细砂、中细砂、中粗砂、细砂盘、粘土质砂组成，砂层总厚度分别为157.46m、168.6m，所占总厚度比例分别为48.7%、51.4%。该层与基岩风化带呈不整合接触。

二叠系地层：基岩风化带属上二迭系石千峰地层，岩性组合以常见含砾砂岩、致密坚硬石英砂岩、灰绿色砂岩、花斑状泥岩、浅红色泥岩以及无埴物化石为特征。地层平缓，倾角5°～10°。

基岩风化带厚度：潘谢矿区基岩风化带深度一般在基岩界面下垂深30m左右，然而各地区常有较大差异，风化带深度与所在古地形位置、岩石性质、岩石裂隙性质和发育程度、古潜水面高低以及有无古河床冲刷等因素有关。

基岩风化带厚度详见表1.2.1.1。

表1.2.1.1　　　　基岩风化带厚度表

根据主井检查孔柱状，基岩风化带起止深度323.40～357.90m，厚34.50m，呈锈黄、浅棕、土黄色。泥质岩与砂岩相间成层，大致各占一半，间夹破碎泥岩2.90m。风化砂岩：上部砂岩含铁质或菱铁鲕粒，石英砂岩硅质胶结，致密坚硬，其下有砂砾岩；下部砂岩为中粗粒，细粒，坚硬，含较多细砾，砾径l～6mm。砂岩高角度垂直裂隙发育，呈开口张性，局部有“x”裂隙，裂隙面多铁锈，局部有方解石或泥质充填，岩芯破碎呈块状、碎块状或短柱状。风化泥岩：顶部泥岩强烈风化，破碎；中部花斑砂质泥岩高角度裂隙发育，开口张性，裂隙多铁锈，较破碎；下部花斑泥岩滑面发育，面上具钙膜、锈黄色，岩芯较完整。

根据副井检查孔柱状，基岩风化带起止深度328.10～360.70m，厚32.60m，呈黄色，上段14.85m为强风化带，呈棕红、锈黄、浅棕色，下段砂岩呈灰黄色，泥岩为浅灰~灰白杂锈黄色。风化砂岩、泥岩相间成层，大致各占一半。风化砂岩以细粒为主，夹含砾粗砂岩一层，砾径2~4mm，泥质~硅质胶结，局部菱铁鲕粒富集。高角度斜交裂隙比较发育，属张性，裂面具水蚀铁锈，局部有方解石脉充填。岩石比较完整，RQD=30~70%，浸水基本稳定，唯顶部粉砂岩浸水崩解。风化泥岩：局部含褐色鲕粒，岩芯完整，裂隙不发育，局部有垂直裂隙RQD=90~100%，浸水泥化，崩解或碎裂。

1.2.2水文地层概况

朱集矿新生界地层厚度由东向西增厚，东部不足300m，西部可达400m，按照潘谢矿区新地层含水层划分通常的作法，将朱集工广井筒检查孔新地层划分为四个含水层组，三个隔水层组。

一含：一含厚度在23.60~25.90m之间，上部为灰绿色、土黄色粘土，多气孔，虫穴、植根，夹φ5mm左右砂姜，下部为粉砂，累厚17.00m，锈黄色，疏松~松散，含粉土。一含富水较弱，易受污染，属农业灌溉和居民饮用水源。一含属潜水~半承压水，受大气降水及地表水体渗入补给，水位变化具有季节性，与大气降水密切相关。地下水以垂直运动为主，层间迳留微弱，排泄方式主要是人工开采、地面蒸发、植物蒸发和地表河流。

一隔：主、副井底界埋深分别为52.35m、52.10m，层厚27.95m、26.20m，主井夹3~4层薄层粘土质砂和细砂，副井为单一土层。土层占层组厚度的比例分别为88%、100%。一隔地层结构详见表1.2.2.1。

表1.2.2.1一隔地层结构表

一隔为厚层粘土、砂质粘土、砂质粘土，灰绿色杂锈黄色，密实~致密，含砂质不均，性韧，可塑，上中部有φ3~5mm砂礓，大有8~15mm。

一般在工广内比较稳定，具隔水作用，但外部局部变薄，砂层增厚，失去隔水作用。

底界埋深主、副井均为92.40m，层厚分别为40.05m、40.30m，夹土层1~2层，单层粘土层厚度较大，地层结构详见表1.2.2.2。

表1.2.2.2二含地层结构表

二含砂层以中细砂、细砂为主，底部为中粗砂，含巨粒。土黄杂灰色，松散，含泥质团块。上段有厚层砂质粘土，浅灰绿色杂棕黄色，致密，局部可塑，含钙质零星分布。有钙质φ3×2cm，大者φ3×5cm。

二含属冲积平原型孔隙承压水，地下水迳流方式为侧向层间迳流，补给水源以侧向和一含越流补给为主，水位随一含按季节变化，与三含上段砂层有水力联系。排泄方式主要是人工开采、侧向水平迳流以及向中含上段砂层的越流补给。

综合淮南矿区二含资料，水力坡度为0.8/10000~2.92/10000，在自然状态下的流速为0.25mm/d~3.12mm/d。

底界埋深97.50~99.50m，层厚5.20~6.60m，为单一结构的砂质泥岩，浅灰绿色，土黄杂灰绿色，局部灰白色、致密，中上部含钙质呈半岩化，固结较好。

二隔土层分布比较稳定，在不破坏水力均衡条件下，具有隔水作用。

主、副井顶界埋深分别为97.6m、97.7m，底界埋深分别为261m、260m，层组厚分别为163.4、162.3m。砂层19~20层，累厚分别为106.2m、112.15m，占层组厚度的65%、69%，夹土层21~17层，累厚57.2m~50.15m，土层单层厚度在0.40~8.60m之间，一段厚1~5m。地层结构详见表1.2.2.3。

表1.2.2.3三含地层结构表

表1.2.2.4三含分段抽水成果表

单位涌水量（L/sm）

88.88~135.06

149.70~174.87

190.12~211.68

三含属冲积层平原型孔隙承压水，上部二隔土层厚度小，在区域范围内三含与二含存在水力联系，三含补给来源以二含的越流补给为主，次为水平迳流补给。排泄方式主要是水平迳流和人工开采，储存量受区域调节。

根据板集水源勘探三含上段水位图，水力坡度为8.38/10000，自然状态下的流速为4.77~7.46mm/d。

主、副井底界埋深分别为281.25m、280m，层厚分别为20.25、20.0m，基本上属于厚层单一结构的粘土层。地层结构详见表1.2.2.5

表1.2.2.5三隔地层结构表

三隔岩性为厚层粘土，浅灰绿色杂锈红色，含钙，呈团块状分布，底部钙质富集，呈半岩化，锰质浸染，固结良好。

粘土层厚度大，结构单一，分布稳定，具有良好的隔水性能。

主、副井顶界埋深分别为281.25m、280m，底界埋深分别为323.40m、328.1m，层组厚分别为42.15m、48.10m，地层结构详见表1.2.2.6。

表1.2.2.5四含地层结构表

根据岩性，四含可按四段划分：即上段砂层；中段厚粘土、砂质粘土、钙质粘土；下段厚层含砾砂质粘土、钙质粘土；底部砾石层。

潘集矿区下部砂砾含水层呈南东~北西向条带分布，以潘集背斜南翼最厚，呈凹槽状向两侧及古地形凸起处变薄或尖灭，在凹槽处砂砾层厚达50~70m，砾径10~15mm，最大250mm，结构疏松至半固结状。富水性随砂砾层厚度与含泥量的多少而变化，凹槽内q=2L/sm左右，两侧一般小于1L/sm。潘北矿和朱集矿四含均位于该砂砾层条带的北缘，潘北矿四含平均厚58.25m，砂砾层占组厚的50%，朱集矿工业广场四含厚42.15~48.20m，砂砾层占组厚的23%~45%，以含砾或不含砾的粘土、砂质粘土、钙质粘土为主，其富水性小于潘北。

根据潘一矿下部砂砾层等水位线图得知，四含水流向自西北向东南，水力坡度为1/10000，在自然条件未破坏的状态下，地下水流速不大于1mm/d。

潘集矿区底部砂砾层结构复杂，地处其北的朱集矿四含以土层为主，砂砾层比例大幅下降，上有三隔压盖，与三含无水力联系，下部基岩风化带渗透性差。

根据《矿山井巷工程施工及验收规范》第4.2.2条规定：立井井筒的冻结深度必须穿过基岩风化带，伸入不透水的稳定岩层10m以上。考虑到深井冻结井筒壁座的位置、风化带位置及冻结孔底无效冻结段等因素，参照招标文件和答疑资料，确定主井冻结深度为387m、副井冻结深度为375m。

主、副井井筒表土层深度分别为323.40m、328.1m，特别是新生界深部厚粘土层单层厚度较大、埋藏深、单轴抗压强度低、蠕变特性显著，为了确保井筒安全连续施工和上部快速施工的要求，确定主、副井井筒采用一次冻全深，主冻结孔、加强冻结孔和辅助防片帮孔共同运转的综合冻结施工方案。主、副井主冻结孔均采用差异冻结，主井深孔深度为387m，浅孔深度为337m；副井深孔深度为375m，浅孔深度为344m。内圈为辅助（加强）冻结孔，根据井壁结构特点，分为两圈冻结孔“梅花”状布置，主井加强冻结孔孔深337m，防片帮冻结孔深度为180m；副井加强冻结孔孔深344m，防片帮冻结孔深度为180m。

主井以冲积层底部砂砾层（320.3m）作为控制层位，副井以冲积层底部中砂（318.3m）作为控制层位，采用无限长厚壁筒弹塑性理论多姆克公式计算冻结壁厚度。

E=R｛0.29×P÷〔σ〕+2.3×（P÷σ）｝2｝

R——掘进荒径R主=5.45m，R副=5.85m；

P——控制地层的地压，P主=0.013H=4.164Mpa、P副=0.013H=4.134MPa；

经计算E主=6.0m，E副=6.4m。

3.2.1冻结孔布置圈径

经计算φ主=19.1m，φ副=20.4m。

主副井内圈孔均分为两圈冻结孔，采用“梅花”状布置，其加强冻结孔布置圈径分别为φ14.0m、φ15.2m；防片帮冻结孔布置圈径分别为φ12.5m、φ13.3m。

3.2.2冻结孔布置数量及开孔间距

主井主冻结孔数量N=48个，实际开孔间距1.25m，采用差异冻结的方式，浅孔过强风化带；加强冻结孔18个，实际开孔间距2.443m；防片帮冻结孔18个，实际开孔间距2.182。副井主冻结孔数量N=52个，实际开孔间距1.232m，采用差异冻结的方式，浅孔过强风化带；加强冻结孔19个，实际开孔间距2.513m；防片帮冻结孔19个，实际开孔间距2.199m。

3.3冻结孔施工质量要求及控制

3.3.1钻孔质量要求

（1）孔位标定孔间距允许误差±2mm；开孔孔位允许偏差：径向向外0~20mm，切向±20mm。

（2）钻孔偏斜：所有钻孔必须同时满足以下条件：

冻结钻孔偏斜率表土段≤2.5‰，基岩段≤3‰。

表土段主冻结孔、加强冻结孔向井中径向偏值≤500mm。

主冻结孔表土段最大孔间距≤2.4m，基岩段相邻两深孔最大孔间距不大于4.0m。

（3）钻孔测斜：冻结孔、水文孔、测温孔钻进时每隔20m测斜一次，如超过规定，及时纠偏。

（4）不允许打穿相邻孔。

（5）钻孔下管深度误差不超过设计深度+0.5m，不小于设计深度。

（6）每个钻孔下管前钻孔施工单位提供下管通知单，内容包括孔号、孔深、测斜取点（每20m一个测点）位置、偏率、偏值、偏向等。当符合上述设计要求，并经相关单位验收人员验收认可后方可下管。

3.3.2、钻孔施工要求

(1)冻结管下入钻孔后，及时进行动压试漏，试验压力为3.9Mpa。试压30min，压力下降不超过0.05MPa，再延续15min压力不变为合格。

(2)水文孔按照设计要求下好水文管后，及时用钻杆压入清水冲洗水文管，直至管外返清水，以保证水文观测孔的质量和观测效果。

(3)测温孔下管时不得灌水，保证不漏水。

（4）测温管、水文管采用外接箍焊接，冻结管采用内接箍对焊。

(6)全部钻孔施工完毕后，钻孔施工单位必须提供钻孔实测孔位、钻孔测斜成果图、钻孔质量自检验收表、申请验收报告等有关资料，有关单位组成验收小组共同验收，验收时，冻结管的深度、试压情况逐孔进行，偏斜情况由验收小组逐孔检测。经验收小组验收全部合格后才算工程竣工。

（7）钻孔所有资料应及时报处工程科、质保分中心备案。

3.4测温孔、水文孔设计及冻结管材

3.4.1测温孔深度与数量

主井测温孔布置4个,主冻结孔外侧2个（测1、测2），孔深均为365m；加强冻结孔与主冻结孔之间布置1个测温孔（测3），孔深330m；防片帮冻结孔内侧1个（测4），孔深180m。

副井测温孔布置4个,主冻结孔外侧2个（测1、测2），孔深均为370m；加强冻结孔与主冻结孔之间布置1个测温孔（测3），孔深336m；防片帮冻结孔内侧1个（测4），孔深180m。

要求布置在终孔间距较大的位置，且外侧孔至少有一孔在地下水流方向的上游位置。

主井热电偶测点位置为:21m(细砂)、48m(粘土)、66m(中砂)、117m(砂质粘土)、130m(细砂)、175m(细砂)、181m(粘土)、200m(粉砂)、230m(细砂)、255m(中砂)、268m(粘土)、312m(含砾砂质粘土)、328m(风化中砂岩)、343m(风化砂质泥岩)、363m(花斑状砂质泥岩)。测1#、测2#均为15个测点，测3#为13个测点，测4#为6个测点。

副井热电偶测点位置为：21m(粉砂)、40m(粘土)、55m(中细砂)、84m(细砂)、129m(含砾中砂)、140m(砂质粘土)、166m(固结粘土)、175m(细砂)、183m(砂质粘土)、202m(粉细砂)、230m(中粗砂)、270m(粘土)、298m(砂质粘土)、325m(砾石岩)、334m(风化泥岩)、358m(风化细砂岩)、368m(砂质泥岩)。测1#、测2#均为17个测点，测3#为15个测点，测4#为8个测点。

主、副井各设置3个水文孔。深度分别为主井：47m、262m、322m；副井：28m、262m、328m。

主井相应花管位置：1#孔在12～25m、33～36m、41～45m三个部位布置；

2#孔52～57m、64～69m、74～93m、97～115m、118～134m、143～148m、153～179m、185～210m、214～221m、224～245m、250～260m十一个部位布置；3#孔在274～278m、281～288m、301～305m、318～320m四个部位布置。

GB 50382-2016 城市轨道交通通信工程质量验收规范.pdf副井相应花管位置：1#孔在6～26m一个部位布置；2#孔52～60m、77～93m、98～137m、142～148m、153～165m、168～178m、186～222m、225～239m、242～259m九个部位布置；2#孔在283～288m、292～295m、301～305m、322～326m四个部位布置。

水文孔结构详见水文孔加工图。

3.4.3冻结管材选择

冻结孔允许最大偏斜率表土段θ土≤2.5‰，主冻结孔表土段允许最大孔间距为2.4m，故主、副井冻结壁最大交圈半径R=1.20m。

冻土平均扩展速度：砂层取V=0.024m/d，粘土取V=0.018m/d。估计主、副井筒冻结壁交圈时间均为50天，达到试挖条件冻结时间均为60天。冻结壁达到设计厚度积极冻结时间：主、副井分别为142天、150天。

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二级道路路面沥青混凝土结构工程施工组织设计.doc180/336/370