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麦垛山副立井冻结施工组织设计文字

神华宁夏煤业集团有限责任公司

麦垛山煤矿副立井井筒及相关硐室掘砌工程施工组织设计

在井筒冻结基岩段及基岩段施工中，为了加快工程进度、降低成本、提高工程质量,特编制冻结基岩段及基岩段施工组织设计。

DB37／T 5136-2019 强夯地基处理技术规程.pdf本施工组织设计编制依据：

2）北京华宇设计院编制的副立井井壁结构图及相关施工图纸。

3）麦垛山煤矿副立井井筒检查孔资料。

4）《煤矿安全规程》（2006年版）。

5）《矿山井巷工程质量检验评定标准》（MT5009—94）。

6）《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213—90）。

7）《煤矿建设安全规程》（试行）。

8）原《神华宁煤集团有限责任公司麦垛山煤矿副立井井筒及相关硐室掘砌工程施工组织设计》。

副立井井筒普通法凿井已施工250m,第二含水层和第三含水层采用双层井壁冻结法施工，剩余基岩段施工采用普通凿井法施工，冻结基岩段3－3断面，净断面69.4m2，掘进断面98.5m2，基岩段4－4断面，净断面69.4m2，掘进断面88.2m2。

4189059.000

36387369.000

580.0（已施工250m）

2.2工程地质与水文地质特征

副立井井筒检查孔附近未见基岩出露，被广泛的第四系风积砂、黄土和古近系的浅红色粘土所覆盖。据检查孔揭露的基岩地层有侏罗系中统延安组、直罗组。井筒施工过程揭露各地层由老至新简述如下：

1）侏罗系中统延安组(J2y)

为一套内陆湖泊三角洲沉积，是井田的含煤地层。副立井检查孔揭露厚度247.06m。岩性为灰、灰白色中、粗粒长石石英砂岩、细粒砂岩；深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩及煤等组成。

2）侏罗系中统直罗组(J2z)

副立井检查孔揭露厚度45.40m。其岩性主要由浅紫红色粉质粘土及粘土组成，底部为砾岩层。不整合于下伏各地层之上。

为冲、洪积的黄沙土，底部见钙化结核。顶部为现代沉积的风成沙丘和黄土层。覆盖在各地层之上，厚3.00m。

第四系、古近系地层岩性以粘性土为主，根据实验室检测结果均为高液限土体，抗风化能力较差，吸水后具有较强膨胀性能，为不良工程土体。侏罗系直罗组、延安组地层岩性以粉砂岩和砂岩为主，检测结果岩石饱和抗压强度远小于自然状态或干燥状态下的抗压强度，软化系数普遍小于0.75，为易软化的岩石，工程地质条件较差。在井筒掘进中，要采取可靠措施，防止不良工程岩土体给井筒造成危害。

粘土:比重2.76g/cm3；含水量18.59%～24.79%；液限（WL）41.1%～73.9%，塑限（WP）19.9%～40.0%；塑性指数（IP）20.6～33.9,液性指数（IL）＜0；天然稠度（Wc）0.81～1.64；含水比0.32～0.59；自由膨胀率42.7%～84.6%。土体坚硬，抗外力和抗变形能力较好，但抗风化能力较差，具有较强的吸水膨胀、失水收缩性能，为不良工程土体，井筒掘进中应采取可靠支护方法。

粗粒砂岩:颗粒密度2.50～2.70g/cm3，块体密度2.13～2.35g/cm3，块体干密度2.06～2.23g/cm3；含水率1.12～7.69%；孔隙率16.17～23.33%；吸水率4.96～13.36%；抗压强度天然状态下4.8～22.80MPa，饱和状态下2.7～15.50MPa，干燥状态下7.79～41.00MPa；软化系数0.24～0.67；抗拉强度0.33～2.45MPa；抗剪切强度1.38～4.43MPa；变形模量0.809～8.429×104MPa，弹性模量0.311～5.176×104MPa，泊松比0.04～0.48；内聚力0.31～4.16MPa；内摩擦角29°47′～40°45′。岩石孔隙发育中等，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，为弱稳定性岩体，工程地质性质较差。

中粒砂岩:颗粒密度2.62～2.72g/cm3，块体密度2.14～2.46g/cm3，块体干密度2.05～2.38g/cm3；含水率2.04～9.73%；孔隙率11.45～22.35%；吸水率4.56～35.81%；抗压强度天然状态下9.93～42.80MPa，饱和状态下4.88～34.90MPa，干燥状态下24.00～58.50MPa；软化系数0.12～0.60；抗拉强度0.64～4.40MPa；抗剪切强度1.57～6.88MPa；变形模量0.695×104～5.585×104MPa，弹性模量0.523×104～6.245×104MPa，泊松比0.10～0.37；内聚力1.06～7.97MPa；内摩擦角30°50′～39°07′。岩石孔隙中等发育，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，为弱稳定～中等稳定岩体，工程地质性质较差。

细粒砂岩:颗粒密度2.61～2.78g/cm3，块体密度2.25～2.78g/cm3，块体干密度2.02～2.63g/cm3；含水率0.61～11.48%；孔隙率4.71～24.06%；吸水率4.32～39.03%；抗压强度天然状态下1.45～46.10MPa，饱和状态下0.06～33.50MPa，干燥状态下3.73～81.00MPa；软化系数0.02～0.68；抗拉强度0.14～3.87MPa；抗剪切强度0.42～8.57MPa；变形模量0.147～12.590×104MPa，弹性模量0.127～11.170×104MPa，泊松比0.11～0.39；内聚力0.27～7.25MPa；内摩擦角30°08′～40°30′。岩石孔隙中等发育，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，局部具一定抗水浸能力，为弱稳定～中等稳定岩体，工程地质性质较差。

粉砂岩:颗粒密度2.56～2.76g/cm3，块体密度2.21～2.56g/cm3，块体干密度2.04～2.47g/cm3；含水率1.92～10.51%；孔隙率7.14～24.72%；吸水率5.15～38.61%；抗压强度天然状态下2.77～45.9MPa，饱和状态下0.02～34.5MPa，干燥状态下5.86～68.10MPa；软化系数0.00～0.70；抗拉强度0.18～3.77MPa；抗剪切强度0.57～9.40MPa；变形模量0.339×104～8.918×104MPa，弹性模量0.128×104MPa～6.711×104MPa，泊松比0.04～0.46；内聚力0.61～11.11MPa；内摩擦角30°04′～41°06′。岩石孔隙中等发育，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，局部具一定抗水浸能力，为弱稳定～中等稳定岩体，工程地质性质较差。

泥岩:颗粒密度2.55～2.70g/cm3，块体密度2.24～2.47g/cm3，块体干密度1.82～2.27g/cm3；含水率8.69～26.30%；孔隙率15.93～32.34%；吸水率34.27～43.73%；抗压强度天然状态下0.95～3.53MPa，饱和状态下0.02～0.16MPa，干燥状态下2.33～7.69MPa；软化系数0.00～0.02；抗拉强度0.06～0.31MPa；抗剪切强度0.19～0.64MPa；变形模量0.025×104～0.237×104MPa，弹性模量0.011×104～0.433×104MPa，泊松比0.04～0.32；内聚力0.09～0.59MPa；内摩擦角31°41′～39°23′。岩石孔隙中等发育，抗水浸能力较差，抗外力和抗变形能力较差，为不稳定～弱稳定岩体。

2.2.2水文地质特征

（一）影响副立井井筒施工的主要含水层水文地质特征

目前副立井施工深度为250m，侏罗系中统直罗组上段裂隙孔隙含水层，揭露厚度207.90m，其中含水层厚60.80m。为富水性弱的含水层。通过井田勘探地质报告结合本次井筒检查孔施工资料分析，影响井筒施工的主要含水层为侏罗系中统直罗组裂隙孔隙水含水层及2煤～6煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层。所以确定副立井冻结段为250～482m。

①侏罗系中统直罗组下段裂隙孔隙含水层（组）

影响副立井井筒施工的主要直接充水含水层之一，含水层厚130.10m。岩性主要为灰白、灰褐、浅红色夹紫斑的细、中、粗粒砂岩，局部夹薄层粉砂岩和泥岩，局部含砾；砂岩的成熟度较低，分选性差，接触式胶结为主。底部为一厚层灰白、浅红色含砾石英长石粗砂岩，俗称“七里镇”砂岩，砂岩底部含石英小砾石，泥质胶结、颗粒支撑，胶结程度较差。

②2煤～6煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层（组）

本含水层（组）岩性由灰白色不同粒级的砂岩组成，粉砂岩和煤层呈互层状夹于含水层之中。含水层厚度109.27m，地下水水位水头标高1310.21m，水温14℃。含水层富水性属弱含水层。

根据物探资料、岩性分析及岩石鉴定资料，隔水层以低阻、高密度的粉砂岩、泥岩为主。副立井检查孔揭露的隔水层有：直罗组粉砂岩、泥岩为主的隔水层；各主要煤层及其顶底板泥岩、粉砂岩组成的隔水层。现将主要隔水层分述如下：

①直罗组粉砂岩、泥岩隔水层

岩性以粉砂岩、泥岩为主，夹有少量薄层细粒砂岩，层厚147.40m。据宁东煤田煤矿井巷施工调查，结合麦垛山井田水文地质资料分析，隔水层的隔水性与泥质含量高低成正相关、与沉积环境、地下水赋存状态及构造性质、裂隙发育程度有关；当隔水层为岩性较细且致密的粉砂岩，或泥质含量较高的细砂岩，或砂岩与泥岩类呈互层状，岩性分布较稳定时，隔水效果较好。在清水营煤矿井巷施工过程中，亦发现涌水段多发生在中、粗砂岩层；泥岩或砂岩与泥岩类呈互层状时涌水量极为微弱，粉砂岩中裂隙发育时，涌水量略有增大，在粗砂岩与泥质细砂岩层面间呈现明显渗水界面；泥岩类厚度大于2.0m时，则具有一定的隔水效果。本井田简易水文观测表明，在该隔水层粉砂岩中钻进时，泥浆基本不消耗；中、粗砂岩层，泥浆消耗则有增大；说明粉砂岩隔水效果良好。

②2煤～6煤之间隔水层

2煤～6煤之间隔水层包括煤层本身及顶底板粉砂岩、泥岩隔水层。岩性主要为煤、粉砂岩、裂隙不发育的细砂岩，局部夹炭泥岩，结构致密。其中上段2煤、3煤组本身及顶底板粉砂岩隔水层，隔水层分布稳定，原始状态下煤层未开采时，上下含水层之间联系程度低。

大气降水多以地表迳流的形式汇入沟谷再流向井田之外，加之古近系巨厚的粘土和粉质粘土的隔水层的作用，使大气降水对井筒充水的影响很小。麦垛山井田内无常年性地表水体，分析认为地表水对井筒的充水影响不大。地下水对井筒充水影响的有侏罗系中统直罗组砂岩含水层、延安组砂岩含水层。其中侏罗系中统直罗组砂岩含水层、延安组砂岩含水层对井筒充水影响较大。井筒开拓过程中，井筒充水含水层及充水方式，主要取决于岩层裂隙发育程度、上下含水层之间的水力联系以及掘进采动所形成的导水裂隙带能否波及上覆含水层。副立井井筒位于于家梁周家沟背斜东翼（距离轴部约300米）、F10逆断层下盘，基岩裂隙较为发育，充水、导水性较好，对井筒充水影响较大。据现场岩芯描述，基岩裂隙多为高角度裂隙，结合钻孔抽水试验，四个含水层（组）水头标高相差不大，但单位涌水量相差较大，说明钻孔上下含水层之间有一定的水力联系，但联系较弱。井筒开拓过程中，掘进采动所形成的导水裂隙带可能使上下含水层之间水力联系加强，造成掘进工作面涌水量增大，在掘进中要加以防范。

（四）地下水补给、迳流、排泄条件

井田地下水补给来源，主要为大气降水，其次为含水层之间的越流补给。

松散层潜水主要接受大气降水的补给，次为少量沙漠凝结水补给。潜水面起伏与现代地形起伏基本一致，径流方向主要受地形控制，由高至低自北而南流动，局部受地形影响流向略有改变。潜水多以渗流形式径流排泄于沟谷或地形低洼地区，通过蒸发作用排泄。部分沿断层破碎带补给下伏基岩含水层。

通过鸳鸯湖矿区矿井涌水量调查，矿井涌水量与大气降水的数量、性质及延续时间无关，说明基岩承压含水层主要通过含水层之间越流及断层破碎带补给，极少量大气降水补给；直罗组砂岩含水层接受松散层潜水间接补给。侏罗系含煤地层各含水层，由于埋藏深，上覆有较厚的隔水层，同时含水层砂岩与泥岩、粉砂岩等隔水岩层呈互层状，径流方向受褶皱构造的影响，基本沿背斜轴部岩层倾向岩层层面运移。基岩含水层径流条件较差，地下水有利于储存不利于排泄，储水空间相对封闭，承压水补给微弱，水力坡度小，径流极为缓慢，各含水层在横向上具不连续性，垂向上具分段性。含水层深部由于水的交替能力差，迳流极为缓慢，甚至几乎不动，加之地层的非均一性，因而含水层地下水矿化度较高，水量小，富水性微弱

预计冻结后该井筒冻结段内无涌水，根据井检孔报告流量测井资料，冻结段以下基岩段含水层分析如下：

①.496m～497m，岩性为细砂岩，井筒涌水量约2～5m3/h。

②.535m～545m，岩性为细砂岩，井筒涌水量约5～8m3/h。

③.556m～561m，岩性为中砂岩，井筒涌水量约3～5m3/h。

④.572m～577m，岩性为中砂岩，井筒涌水量约5～8m3/h。

⑤.585m～589m，岩性为细砂岩，井筒涌水量约5～8m3/h。

2.2.3其它地质情况

可能影响副立井井筒的构造主要有F9逆断层（走向北北西，断面东倾,H=0—320米，倾角<65°—75°，平面上距离副立井检查孔约380米）、F10逆断层（走向北北西，为断面西倾的逆断层，倾角约51～62°，落差0～180m，平面上距离副立井检查孔约390米）及于家梁周家沟背斜（走向北北西，平面上背斜轴距离副立井检查孔约220米）。副立井检查孔施工中，部分层段岩石裂隙发育，有可能为受断层或褶皱影响产生的裂隙。这些裂隙富水性、导水性好，有可能造成掘进工作面涌水量增大，在井筒掘进中要采取先探后掘的方法，以确保掘进工作面安全。

井田内各煤层自然瓦斯成分以氮气（N2）为主，平均为73.76～98.53%，少量二氧化碳（CO2），平均为1.22～26.16%，甲烷（CH4）含量平均为0.01～0.45%。瓦斯分带均属二氧化碳～氮气带。各煤层中瓦斯含量很少，属低沼气井田。

井田内煤层的煤尘爆炸指数在27.67～38.06%,火焰长度大部分大于400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量80～90%，均属有爆炸性危险的煤层。

井田内的煤以不粘煤为主，变质程度低、挥发分高，特别是惰质组分高达50%左右以上，煤易吸氧氧化引起煤的自燃，井田内煤属易自燃煤，自燃发火期为一个月。

3.井筒正式施工前期准备工作

麦垛山煤矿副立井井筒此前已普通法掘进250m，由于水文地质资料不祥，在2008年10月24日伞钻凿眼时，用伞钻探出涌水，出水后先后采取了注浆堵水和井筒外疏降水工作，均无效果，为此麦垛山筹建处确定采用井筒冻结方案，随后，要求副立井停止井筒外疏降水工作，让井筒内水位回复至静水位。为了保证井筒内部分设备不被回复到静水位的涌水浸泡，将抓岩机抓斗拆除，液压模板悬吊稳绳卸掉，并随吊盘起吊至静水位以上，吊盘锁在固定盘下方,在吊盘起吊过程中将风筒、风水管路拆卸至吊盘同样位置，然后拆除井架、搅拌系统、信号系统,为打钻冻结做好准备工作。

3.1在井筒恢复生产前，必须完成以下工作

1）凿井临时井架、天轮平台、及搅拌系统、地面通讯系统安装完毕。

2）根据副立井静水位，测量估算出水面距井口的距离，安装吊盘悬吊稳绳并落至距水面10m处。在落吊盘时，通风工在吊盘上随落随进行安装风筒，机电队负责将风水管路、信号，通讯一并敷设安装，准备排水、清淤工作。

3）井筒积水、淤泥排完后，吊盘落至距止浆垫10m处，检查止浆垫以上15m段高范围内的井壁质量情况，如有变形裂缝情况，需破壁从下至上返修，重新浇筑，浇筑时利用此前施工用的(9.4m液压金属模板，浇筑完毕后将模板拆除并升井。

4）检查完井壁确定返修段后，下放模板绳，模板绳到位后，将绳用绳卡锁在模板悬吊点上。并将四根稳绳匀速带劲。

6）将中心回转抓岩机抓斗用提升钩头下放至工作面，然后将抓斗的进、回风管路与机身连接。

由于此前井筒注浆、打钻冻结拆除井架等工作，井筒内杂物淤泥较多，待水排至淤泥段时，采用已加工好的专用清淤抓斗进行清理井筒内淤泥，将淤泥抓入吊桶提升至井口翻入矸石仓。

冻结基岩段施工的工艺流程如下:

凿岩、爆破—出矸、找平—绑扎钢筋—立模浇筑—出矸、清底

内壁采用一次套内壁施工方案，使用12套1.1m段高的金属组装模板循环倒用，自下而上套内壁。

冻结段壁座采用与井筒外壁一起掘出，锚网喷临时支护，掘至设计壁座底口标高位置时，同井筒套内壁整体从下至上浇筑。

因辅助水平开口处在冻结基岩段,考虑冻结管因素,辅助水平开口与井筒连接处暂时不深掘,外壁正常施工至该标高处用沙袋按设计断面垒砌,钢筋预留好搭接头并保护好,套内壁时采用同时稳模浇筑预留开方法通过。

管子道开口、主水平井筒连接处开口处在普通基岩段内，采取与井筒同时施工的方案，即施工至该连接处标高时一并掘出，然后至下而上同时浇筑，届时编制专项安全技术措施。

4.2.1破除止浆垫施工

1）止浆垫主要技术特征

止浆垫总厚度为4.8m,其中浇灌砼厚4.0m,混凝土强度为C40,与浇筑好的井壁压茬有1.4m，滤水层厚0.8m。注浆管同心圆布置14根，采用Φ108×6mm无缝钢管加工而成，全长6.0m，埋固4.5m。井筒中心布置一根Φ325×5.5m滤水管。滤水管及注浆管用￠22螺纹钢绑扎固定。

由于止浆垫与成型井壁压茬较多，为了不破坏井壁，以风镐挖掘为主，配合松动爆破法破除。破除止浆垫中的钢管，纵横钢筋等必须用氧气，乙炔切割。

届时项目部另行编制详细的《麦垛山煤矿副立井破除止浆垫施工安全技术措施》。

4.2.2井筒冻结基岩段施工

4.2.2.1试挖条件

当井筒具备下列条件，方准开挖：

1）由测温孔和水文孔资料分析，冻结壁已发展到设计厚度。

2）经过试挖，证明冻结壁已实际形成并与上述的观测结果一致。

3）去、回路盐水温差在2℃以内。

4）凿井施工设备及设施已安装完毕。

5）各种施工材料及劳动力配备齐全。

6）经收到甲方、监理公司、冻结单位共同签定的试挖通知后。

4.2.2.2施工工艺

试挖深度至已浇注好的井壁向下40m。其主要目的是探查冻结壁的发展情况，并为井内凿井设备的吊盘改装准备足够的空间，检查冻结壁采用钎探的方法。

配以大段高整体钢模砌壁，由于－250m以上段采用普通法凿井，荒径为11m，壁厚800/600mm，－250m以下采用双层井壁冻结法施工，荒径变为12.2m，外壁壁厚500mm，模板直径由9.430m加块变径为11.230m，考虑到第一模变径及浇筑下砼工艺，接茬处存在一个三角形，故第一模段高开挖高度为4.6m，上、下口之间留1米接茬，该段采用掘出后随即进行锚网喷临时支护，待套内壁时再整体浇筑。然后再进行出矸找够段高，绑扎外壁钢筋，竖筋采用机械螺纹连接，环筋绑扎连接。具体施工步骤为：接茬处锚网喷临时支护→找够段高→绑扎外壁钢筋→组装外壁单缝液压式模板→模板加固→浇注砼。

经试挖证实冻结壁厚度已达到设计要求，并完成上述吊盘安装后，井筒可开始正式掘砌。届时将编制专门技术措施确保安全施工。

4.2.3冻结外壁前40m段施工

配以大段高整体钢模砌壁。

浅眼爆破施工方法的工艺流程如下:

同以下使用伞钻凿岩工艺，此处不做具体叙述。

井筒冻结基岩段掘砌作业方式，选用立井混合作业施工法。此工法在掘砌循环中不需临时支护，砌壁出渣交叉进行，配以大段高整体钢模。在每循环掘砌出渣后，随即进行永久支护。简化了施工工艺、缩短了围岩暴露时间，利于工种专业化，利于提高机械化程度和快速施工，且施工安全性好。

该施工方法的工艺流程如下:

附副立井井筒冻结外壁伞钻凿岩预期爆破效果表4.1。

附副立井井筒冻结外壁伞钻凿岩爆破参数表4.2。

副立井井筒冻结外壁预期爆破效果

副立井井筒冻结外壁爆破参数表

注：本爆破图表仅供参考，施工中应根据实际揭露的岩性进行调整。

由于该井筒冻结深度232m，无法采用湿式凿岩，采用干式打眼，为降低钻眼时的粉尘在吊盘上安设伞钻捕尘器，确保井下打眼人员的人身健康安全，剩余普通基岩段98m采用湿式凿岩。

由于外壁钢筋设计双层，为便于施工，模板中直模和刃脚需分离，二者之间用手拉葫芦连接，由地面稳车悬吊。具体施工步骤为：找好段高→通过手拉葫芦下落整体刃脚按中心线找平找正→绑扎钢筋→落直模找平找正→用手拉葫芦将刃脚和直模带紧→模板加固→浇注砼。

套内壁采用12套1.1m段高金属组装式模板（使用10套，备用2套）自下而上施工。下吊盘作为绑扎钢筋和稳模操作台（竖筋采用机械螺纹连接，环筋绑扎连接），中层盘作为浇注砼的操作台，上层盘下放钢筋。吊盘下方挂辅助盘，辅助盘与吊盘的下层盘间距为8.8m，挂好辅助盘后即可进行内壁施工，辅助盘用四根钢丝绳悬吊在吊盘下，作为拆模及井壁洒水养护的工作盘。内壁浇注砼采用底卸式吊桶下料，砼下至吊盘上的接灰盘内经活节管入模，辅助盘和吊盘之间用软梯上下。

内壁除了辅助水平马头门连接处井壁为双层钢筋砼外DB11／T 1391.2-2017 网格化社会服务管理信息系统技术规范 第2部分：数据，其余为素砼支护。此不详述，具体在施工之前编制详尽的施工安全技术措施，施工中要严格按照设计图纸施工。

该施工方法的工艺流程如下:

凿岩、爆破—出矸—锚网支护—绑扎钢筋—立模浇筑—出矸、清底

河北省高速公路施工标准化管理指南（管理标准化）.pdf附表4.3井筒基岩预期爆破效果表。

附表4.4井筒基岩爆破参数表。

井筒基岩段预期爆破效果