第二篇冻结设计.docx
《第二篇冻结设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二篇冻结设计.docx(80页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第二篇 冻结施工组织设计1 井筒概况梁宝寺二号井是肥城矿业集团有限责任公司在梁宝寺矿区规划筹建的第二对矿井。矿井位于山东省嘉祥县境内,年设计生产能力1.5Mt,采用立井开拓方式,布设主井、副井、风井三个井筒,主井井筒设计净直径5.0m,全深1100.5m;副井井筒设计净直径6.5m,全深1130.5m;风井井筒设计净直径5.5m,全深1028.5m。三井均采用冻结法施工,井筒主要特征如下:表2-1-1 井筒主要技术特征表序号项目单位主井副井风井备注1井口标高m+40.5+40.5+40.52井筒深度m1100.51130.51028.53井筒净直径m5.06.55.54井筒净断面积m219.6
2、333.1723.755井壁厚度表土段m1.11.91.22.11.12.0基岩段 m0.40.50.45砼6最大掘砌荒径m8.85610.79.57表土厚度m448.94464.4453.85第四系表土厚度m149.65148.90148.90第三系表土厚度m299.66315.50315.508冻结深度m510536526自然地坪算起2 井筒地质及水文情况2.1 地质概况2.1.1 地层概况根据梁宝寺矿井检2孔资料,井筒自上而下穿过的地层有:第四系、上第三系、二叠系上石盒子组地层。现分别叙述如下:(1)第四系(Q)厚148.90m,为一套河湖相沉积,不整合于上第三系之上,主要由中巨厚层粘土
3、夹少量砂质粘土,粘土质砂及砂层组成。粘土呈土黄、锈黄、灰绿、浅红等色,粘性、膨胀性均较强,刀切面光滑,局部含砂及姜结石。砂质粘土呈土黄、锈黄、灰绿等色,含细、粉砂不均一,粘性较差。粘土质砂呈灰绿、锈黄、肉红色,以中、细砂为主,含粘土不均一,较松散,局部含小砾石。砂层上部呈土黄、锈黄色,下部呈灰绿、肉红色,细粗粒,纯净、松散,成分以石英为主,长石次之,上部分选性较好,下部分选性较差。本段地层粘土、砂质粘土总厚119.85m,占该段地层的80.5。(2)上第三系(N)厚315.50m,为一套河湖相沉积,不整合于下伏基岩之上,主要由中巨厚层粘土夹少量砂质粘土,粘土质砂及砂层组成。根据地址情况及其组合
4、,可将上第三系分为上、中、下三段。 上段:厚115.80m,主要由中巨厚层粘土夹少量薄层砂质粘土、粘土质砂及砂层组成。粘土以灰绿色为主,含土黄、锈黄、浅红等色,粘性、膨胀性较强,刀切面光滑,具滑面,局部半固结,含砂、姜结石及钙质团块。砂质粘土呈浅红、锈黄、肉红色,以粉砂为主,含粘土不均一,较松散,局部含小砾石。砂层呈灰绿、锈黄、肉红色,细粗粒,纯净、松散,成分以石英为主,长石次之。本段地层粘土、砂质粘土总厚74.75m,占该段地层的64.6。 中段:厚146.30m,由两层巨厚层粘土夹一层厚0.80m的粘土砂质组成,其中上层厚108.80m,下层厚36.70m。粘土以灰绿色为主,含锈黄、鲜红色
5、,细腻,粘性、膨胀性均较强,刀切面光滑,内生滑面发育,局部含钙质及砂姜。 下段:厚53.40m,由薄中层粘土、砂质粘土、粘土质砂及砂层组合而成。粘土、砂质粘土以灰绿色为主,含锈黄、浅红色,细腻,粘性较差,刀切易碎,局部半固结。粘土质砂、砂以灰绿色为主,含锈黄、浅红色,细粗粒,纯净、松散,成分主要为石英,次为长石。细砂分选性较好;粗砂分选性较差,局部含石英小砾石。本段地层粘土、砂质粘土总厚24.50m,占该段地层的45.9。(3)二叠系(P)到目前为止,揭露二叠系地层225.30m,主要为厚巨厚层泥岩夹中厚层砂层、粉砂岩及泥质粉砂岩组成。泥岩呈浅灰、紫红、绿灰、锈黄等色,块状构造,以粘土矿物为主
6、,细致,硬度低,内生滑面发育,遇水易崩解,局部含少量砂质。砂岩灰灰白色,细粗粒结构,长石石英砂岩,硅质胶结,硬度较高,成分以石英为主,长石、云母次之,局部显平行及交错层理,近垂直裂隙发育。粉砂岩、泥质粉砂岩浅灰深灰、绿灰色,局部紫红色,致密,较坚硬,裂隙不发育,岩芯较完整。(4) 风氧化带顶部为风化带,厚26.50m,其中强风化带厚19.80m,弱风化带厚6.70m。强风化带由2.00m的细砂岩和17.80m的泥岩组成。细砂岩呈土黄色、分选性较好,细粒结构,具波状层理,成分以石英为主,长石次之,风化强烈,强度低,长石已风化呈粘土矿物,裂隙发育,岩芯破碎。泥岩浅灰、灰、锈黄、紫红等色,块状结构,
7、局部含少量粉砂质,松软,风化强烈,强度极低,裂隙较发育,岩芯破碎。弱风化带由1.50m泥岩和5.20m的细岩组成。泥岩含砂质,强度较低,风化较上部减弱,岩芯较完整。细砂岩浅灰色,长石石英砂岩,你硅质胶结,近垂直裂隙发育,裂隙面上具方解石薄膜,长石已风化为高岭土,岩石强度无明显降低。2.1.2 主要地质构造梁宝寺井田位于巨野向斜东部,东界为F1断层,西界为F13断层,由此构成本区的地堑构造。区内地层呈南浅北深的趋势,因受区域断层的控制,形成以梁宝寺向斜为骨干向北倾伏收敛的“裙边状”褶曲构造,并伴生北东向及北西向断层组,构造复杂程度中等。(1)地层产状及主要褶曲全区呈宽缓褶曲构造,次一级褶曲发育,
8、翼部倾角较缓,为5-10,受F1、F13断层的影响,本区东、西地段局部地层倾角较大,为20,纵观全区,地层呈南部缓、北部陡的趋势。区内褶曲以贯穿全区的梁宝寺向斜为骨架构造,从东向西依次为王庄向斜、南宋庄背斜、梁宝寺向斜、黄河李背斜、申庄向斜、贺庄背斜、程庄向斜、武寨背斜、杜垓向斜、李庄背斜。(2)断层断层分为东西向、北东向、北西向及南北向四组,其中北西向断层最多,北东向断层次之,东西向断层和南北向断层较少。除F26为逆断层外,其余均为正断层。经地震和钻探发现、证实落差大于30m的断层共47条,其中东西向断层4条,南北向断层5条,北东向断层15条,北西向断层23条;按照落差划分,落差l00m的断
9、层10条,落差50m100m的断层23条,落差30m50m的断层14条。(3)岩浆岩井田内有一中性岩浆岩侵入体,侵入太原组地层之中,对16、17煤层及煤质有不同程度的影响。全区共有78个钻孔,其中见岩浆岩25个钻孔,占32,主要分布于井田的中部及东部。从钻孔所获资料看其侵入层位、深度、侵入体的层数、厚度均有较大变化。根据岩浆岩侵入情况分析,岩浆是在煤系沉积之后的构造运动中,沿构造裂隙带上升,遇到煤层及其它软弱岩层时顺层侵入;从侵入体的厚度看岩浆可能从本区东部侵入。据山东地矿局中心实验室对L-1,L-4号孔岩浆岩标本的镜下鉴定为闪长粉岩,斑状构造,基质为显微粒状结构,岩石的组成矿物有斜长石、普通
10、角闪石、石英、磁铁矿、磷灰石、铅石等。本区岩浆岩侵入层位在三灰到十二灰之间,并以顺16煤层侵入为主,因而对16、17煤层的影响较大,使煤层部分被吞蚀或变成天然焦。因山西组3煤层距岩浆岩间距较大,煤层厚度未受影响,仅在本区中西部煤层变质程度略有些高。2.1.3水文地质(1)井田水文地质条件梁宝寺井田位于巨野煤田东北部范围属黄河冲积平原,煤系地层被新生界、古生界二叠系上、下石盒子组地层深层覆盖,为全隐蔽井田。本井田地处东西两侧边界大断层所处的地堑块段,边界断层F1、F13落差均大于700m,区外下盘奥灰抬起,使得区内煤系地层中含水层与区外奥灰对接,形成东、西部补给边界;北部以F24断层为界,落差l
11、000m,区内地层下降、区外上升,煤层赋存深度大于1500m,煤系含水层接受补给条件差;南部以奥灰隐伏露头为界,形成南部补给边界。(2)断层导水性井田内断层极为发育,东、西、北三个边界均为落差大于700m的大断层组成,经过多次勘探和物探证实,井田内共有断层300多条,其中落差大于30m的断层有47条,从已掌握的资料来看,除东部、西部、北部三个大断层接受区外含水层补给外,绝大部分断层均不导水。井田内共有78个钻孔,其中多个钻孔穿过断层带,经观察穿过断层的钻孔1号井检3号断层带抽水时,单位涌水量q仅为0.0031L/s.m,断层带含水性弱。断层带的岩层较破碎,含泥质且大多被破碎的原岩物质所充填,钻
12、孔穿过时均未发现冲洗液漏失或明显消耗现象,这些都说明该断层带本身的含水性较弱,导水性较差。(3)井田水文地质类型及其复杂程度本区上组煤的直接充水含水层为3煤层顶、底板砂岩和太原组三灰。3砂裂隙含水层的单位涌水量为0.0011(2号井副检孔)0.0252(L4-5)L/s.m,富水性弱中等。主要接受露头区第四系补给,补给条件有限。三灰岩溶裂隙含水层的单位涌水量0.0008(2号井副检孔)L/s.m 0.1338(L4-12孔)L/s.m,富水性弱中等,主要接受露头区第四系补给,补给条件有限,上述二含水层的含水性及补给条件均一般,故本区上组煤的水文地质类型为裂隙、岩溶类简单中等类型。下组煤的直接充
13、水含水层为太原组十下灰和奥灰。十下灰的单位涌水量0.0378 (L4-9孔)L/s.m,主要接受露头区第四系补给,补给条件有限,富水性较弱,奥灰含水层富水性不均一,深部奥灰岩溶不发育,富水性弱,但奥灰含水层在浅部及露头和构造发育地段富水性强。单位涌水量为0.0028(L06-5孔)1.7084(L4-11孔)L/s.m,富水性较弱强。奥灰具有富水性不均一的特点,局部补给较充沛,富水性强,采下组煤时有底鼓水的威胁,故下组煤的水文地质类型为岩溶裂隙类中等至复杂型。(4)矿井充水因素分析一般来讲,决定矿床充水条件好坏的根本原因取决于充水水源的规模和充水途径的导水性能。本区开采上组煤时的主要水源为3煤
14、顶底板砂岩裂隙水和太原组三灰水,它们接受补给的能力均较差;开采下组煤的主要充水水源为太原组十下灰水和奥灰水,其中尤以奥灰对下组煤的开采威胁最大。矿井主要的充水途径为断裂带、接触带、采空区上方冒落裂隙带及底板被破坏导致的裂隙带等。断裂带、接触带是地下水进入矿井的重要途径之一,它们在矿井充水中具有特殊的重要意义。据有关统计资料表明,矿井突水事故大多与它们有关,因为构造断裂与接触带地段,岩层破碎、裂隙、岩溶相对其它地段发育,导致岩层透水性增强,常常成为地下水的汇集带和强迳流带,含水丰富。因此在生产过程中接近或触及这些地段时,矿井涌水量往往会突然增大,有时甚至造成突水淹井事故。生产实践资料证明,在断层
15、密集地段、断层交叉处或断层尖灭处,往往岩层支离破碎,大大降低了隔水层的抗张强度,因此极易发生突然涌水。本井田构造较复杂,小断层、小褶曲发育,它们将是影响未来矿井涌水的重要因素。采空区上方冒落裂隙带是地下水进入矿井的又一重要途径。采空区上方岩层因其下部采空失去平衡,引起岩层破坏和断裂,使得原有的裂隙扩张、延伸,若向上触及含水层时,亦会造成矿井涌水量的增大。底板突破导致地下水涌入矿井,在本区亦存在这种途径。开采下组煤时,奥灰水由于强大的水压力向上冲破煤层至奥灰顶界面之间的压盖隔水层而涌入矿井。奥灰水能否底鼓受多种因素制约:奥灰岩溶发育程度和奥灰水压力的大小、奥灰压盖隔水层的厚度、岩性组合关系、抗张
16、强度、地质构造及采煤方法等。本区煤系基底含水层奥灰在井田南部埋藏较浅,岩溶裂隙发育,富水性强,水量大,水压高,对下组煤的开采威胁极大。下组煤层至奥灰的间距偏小,又因奥灰含水丰富,水压亦大,致使开采下组煤的难度增大,生产过程中应采取有效的防治措施,加强防范,以策安全。(6) 矿井涌水量和排水量本矿井主采3煤层,生产过程中的主要充水含水层为3煤顶、底板砂岩和太原组三灰。根据地质报告,一水平3煤层顶底板砂岩和三灰的正常涌水量为346.0m3/h和129.0 m3/h,3煤层顶底板砂岩和三灰的最大涌水量为600.0m3/h和180.0m3/h;二水平3煤层顶底板砂岩和三灰的正常涌水量为262.0m3/
17、h和39.0m3/h,3煤层顶底板砂岩和三灰的最大涌水量为500.0m3/h和150.0m3/h;考虑到井筒淋水、防火灌浆回水、消防洒水等因素的影响,设计确定一水平矿井正常排水量为516.0m3/h,考虑三灰及3煤顶、底板砂岩涌水量的不均匀性,为安全起见,矿井最大排水量取820.0m3/h。设计确定二水平矿井正常排水量为340.0m3/h,考虑三灰及3煤顶、底板砂岩涌水量的不均匀性,为安全起见,矿井最大排水量取690.0m3/h。由于本矿井为两个水平开拓,梁宝寺一水平后期为下山开采,为节约排水费用,中后期梁宝寺一水平的矿井涌水全部由梁宝寺二水平排至地面,此时,二水平正常排水量为856.0 m3
18、/h,矿井最大排水量为1510.0 m3/h。3 冻结设计3.1 设计原则(1) 根据业主提出的要求进行设计,确保各项设计、施工参数达到或超过业主要求。(2) 确保本工程冻结质量满足井筒安全掘砌施工的要求,井筒掘砌中不发生因冻结壁原因引起的人员和工程质量事故。(3) 根据国内外及本公司深厚表土冻结井(尤其是龙固、赵搂、梁宝寺一号井)施工经验,以满足冻结壁强度,防止冻结壁变形及冻结管断裂为目的选择合理的施工方案及施工工艺。(4) 采用新工艺、新技术及新型、高效、大能力的制冷设备,保证施工的顺利进行。(5) 以施工安全为前提,减少工程量、提高工程效率、降低工程造价,达到安全、快速、高效的施工目的。
19、3.2 冻结方式确定立井井筒冻结施工方案有一次全深冻结、差异冻结、局部冻结、分期冻结和双排孔冻结五种。(1)一次冻结全深定义:指设计的所有冻结孔深度与井筒需要的冻结深度一致,且全深一次冻结形成冻结壁的一种冻结方式。使用条件:适用于各类地层;不宜采用其他冻结方案的地层;冻结设备能满足积极冻结期的最大需冷量的要求。特点:从地面到需要冻结的深度一次冻结;全部冻结管都穿过不稳定含水层,一般插入不透水基岩10m以上;供液管下至冻结管的底锥隔板上;来自冻结站的低温盐水经泵压入干管经回液管输入冻结管底部,并沿环形空间上升,经回液管到集液圈、干管返回盐水箱内,如此反复循环与地层进行热交换,以达到冻结的目的。优
20、缺点:对地质和水文地质条件复杂的含水砂层、淤泥层、破碎带以及基岩含水层等的适应性强,施工安全可靠,为立井最常用的冻结方案;整个冻结管内盐水一次循环,克服温差过大引起断管现象;可利用盐水正反循环达到初期加强上部冻结和后期加强下部冻结;冻结器结构和供液管安装较其他冻结方案简单;打钻工程量较差异冻结方案多,管材消耗,冻结站制冷能力,冻土挖掘量均比其他方案多。(2)差异冻结方案(长短管冻结方案)定义:根据冻结地层不同深度对冻结壁的不同要求而选择的一种冻结方式。适用条件:上部为含水丰富的冲击层,下部为风化带及其附近基岩,含水量大,需要冻结,但地压、水压不大;冲击层以下的基岩厚度占井筒总深度的比例小,且与
21、冲积层有水力联系,涌水量大于;由于基岩冻结扩展速度比粘土层、砂层快,为此在强风化带以下部分的基岩均可采用长短管冻结。特点:冻结管采用长短管间隔布置,下部长管间隔较上部冻结管的孔间距大一倍,为使上、下段冻结壁的交圈时间和厚度相适应,可适当加大长管的供液管直径,采用正循环,而短管采用反循环;上部采用长短管共同冻结,尽快形成冻结壁,给井筒提前开挖创造条件,下部由于冻结管间距大,冻结壁较薄,减少了井筒下部的冻土开掘量;必须控制长管孔底间距,保证开挖到短管底前长管部分冻结壁强度以满足施工要求。优缺点:冲积层以下为较厚的风化破碎岩层时,采用长短管差异冻结既能有效地解决风化破碎岩层的施工困难,又能减少风化破
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二 冻结 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。