深井冻结施工组织设计

安徽国投新集口孜东矿主、副井井筒冻结工程施工组织设计与主要技术安全措施年月施工组织设计第一章设计依据和矿井概况1.1设计依据（1）《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（2）《矿山井巷工程施工及验收规程》（3）《煤炭工业建设工程质量技术资料管理规定》（4）《煤炭工业煤矿井巷工程、建筑安装工程单位工程质量保证资料评级方法》（5）《建井工程手册》（6）《中国煤矿建井技术》（7）安徽国投新集口孜东矿招标文件（编号:KZ05-01）及相关资料、图纸及答疑1.2矿井概况（1）工程概况国投新集能源股份公司口孜东矿，位于安徽省阜阳市颖东区杨楼镇。设计年生产能力5.0MT/a，井田地处淮河冲积平原，地势平坦，属全隐伏型煤田，覆盖于煤系地层上的新生界松散层较厚，目前两井施工条件基本具备。井筒主要技术特征见下表：序号项目名称单位主井副井1井筒净直径mФ7.5Ф8.02冲积层厚度m568.45571.953风化带厚度m20.1522.454冻结深度m737/6086175井壁最大厚度m2.32.4（2）施工条件建设单位提供10KV电源供施工单位使用，在变电所设备出线端装表计量，费用由施工单位承担。第二章地质概况2.1地质概况口孜东煤矿位于淮南煤田的西部，淮南复向斜中的次级褶曲陈桥背斜的南翼西段,总体为一不完整向斜构造,南翼被F1断层切断。该矿井地质条件较为复杂，表土层深厚，其中砂砾为309.5m占表土段厚度的54%，粘土为253.7m占表土段厚度的46%。本井田新生界松散层相应划分为四个含水层（组）和三个隔水层（组）。1．第一含水层（组）底界埋深在25.5m～26.8m，10m以下均为粘土或砂质粘土，含有砂疆块。含水层（组）岩性为灰色、土黄色杂浅灰绿色粘土、粉砂、细砂，下部为粘土、砂质粘土，含砂疆，局部受锰质浸染。一含含水性中等，属潜水～弱承压水，是农业灌溉和居民生活用水源。第一隔水层（组）底界埋深64.25m～69.00m，均为单一的粘土及砂质粘土，土黄灰绿杂锈黄色，致密，粘韧，可塑，见少量钙质结核。2．第二含水层（组）顶界埋深64.25~69.00，底界埋深73.30~73.85m，层厚4.30~9.25m。第二隔水层（组）底界埋深85.00~86.40m，层厚11.15~12.90m，由土黄、灰色杂灰绿色砂质粘土，性粘韧，可塑，局部砂疆，见少量钙质结核。3．第三含水层（组）底界埋深393.25~394.40m，层厚308.00~308.25m。三含以砂层为主，砂层累厚219.45~243.90m，占三含总厚72~80%。三含上部以粘土与砂层频繁互层，颜色以灰绿色为主，杂有锈黄色、灰褐色等。砂层多以细砂为主，夹中砂和粗砂，成分以石英为主，次为长石，含有暗色矿物、云母片，局部含有泥质团块。少数含有石英砾石。粘土层中含粉砂质，砂质分布不均，少数见有锰质浸染，还见有腐朽木化石及碎片，有的已炭化。该段地下水流向为自北向南，和济河大体垂直，地下水的水力梯度为10/万，自然流速为2.44~7.69×10-3m/d。第三隔水层（组）底界埋深557.60~564.00m，层厚164.20~169.60m。土层以砂质粘土为主，浅灰绿色杂锈黄色，少有浅肉红色，局部粘韧，见滑面。下部有较多厚度较大钙质粘土，浅灰绿，肉红色，弱固结~固结。4．第四含水层（组）底界埋深568.45~573.20m，组厚9.20~11.65m。四含由于受古地形隆起影响，变薄，结构单一，均为2层砂砾层夹薄砂质粘土或含砾粘土，砂砾层有紫红、暗紫红、灰白、灰色组成，砾石成分有石英砂岩、石灰岩等。据抽水资料，水位标高15.65~19.24m，q=0.00047~0.003781l/s·m，k=0.00153~0.00378m/d，富水性弱，矿化度1.74~1.82g/l，水质类型C1—Ca水，水温20~24℃。2.2冻土试验结果1．冻土单轴抗压强度土层编号土层性质取样深度（m）-5℃-10℃-15℃抗压强度(Mpa)平均值(Mpa)抗压强度(Mpa)平均值(Mpa)抗压强度(Mpa)平均值(Mpa)第1层砂质粘土105.25~111.451.581.562.302.403.133.281.502.403.451.602.483.27第2层砂质粘土129.75~140.801.391.442.352.533.603.721.462.523.691.472.543.88第3层细中砂198.40~210.453.964.126.116.178.378.384.186.348.544.226.058.23第4层细砂232.15~252.603.023.325.025.157.067.283.375.007.493.575.427.28第5层细砂253.50~261.702.632.763.753.655.605.542.783.855.492.873.365.53第6层细中砂297.40~314.102.882.894.594.386.356.673.004.586.952.793.876.70第7层细中砂315.00~2.903.024.484.426.716.62335.403.064.436.493.104.366.65第8层砂质粘土365.20~370.451.411.432.542.513.963.891.502.583.921.382.423.80第9层砂质粘土400.60~406.601.391.482.662.493.683.691.472.223.751.582.593.65第10层细中砂426.00~438.802.652.703.643.585.295.462.743.565.312.713.555.78第11层砂质粘土441.25~455.501.421.472.422.483.973.891.492.613.931.502.423.78第12层砂质粘土470.15~480.201.461.442.282.323.443.401.392.333.351.472.353.41第13层粘土480.20~490.001.471.512.342.483.823.951.532.493.971.522.604.05第14层粘土490.60~496.551.481.622.482.383.663.651.652.273.791.732.393.51第15层钙质粘土496.55~519.401.331.542.252.513.523.691.582.833.731.712.463.81第16层砂质粘土519.40~535.801.861.902.962.973.854.041.932.844.311.913.123.96第17层砂质粘土538.00~550.001.371.492.342.343.603.571.562.473.671.542.213.45第18层钙质粘土550.00~560.301.481.562.532.543.903.951.602.543.951.592.444.112．冻土冻胀试验结果土层编号取样深度（m）土层性质冻胀力（MPa）冻胀率（%）第1层105.25~111.45砂质粘土0.462.32第2层129.75~140.80砂质粘土0.472.85第8层365.20~370.45砂质粘土0.442.10第9层400.60~406.60砂质粘土0.582.73第11层441.25~455.50砂质粘土0.452.46第12层470.15~480.20砂质粘土0.502.78第13层480.20~490.00粘土0.482.74第14层490.60~496.55粘土0.532.97第15层496.55~519.40钙质粘土0.421.99第16层519.40~535.80砂质粘土0.542.97第17层538.00~550.00砂质粘土0.482.83第18层550.00~560.30钙质粘土0.573.063．冻结温度试验结果土层编号取样深度（m）土层性质冻结温度（℃）备注第1层105.25~111.45砂质粘土-1.4第2层129.75~140.80砂质粘土-1.2第8层365.20~370.45砂质粘土-1.7第9层400.60~406.60砂质粘土-1.3第11层441.25~455.50砂质粘土-1.2第12层470.15~480.20砂质粘土-1.2第13层480.20~490.00粘土-1.5第14层490.60~496.55粘土-1.8第15层496.55~519.40钙质粘土-2.4第16层519.40~535.80砂质粘土-1.6第17层538.00~550.00砂质粘土-2.7第18层550.00~560.30钙质粘土-2.84．冻土导热系数测定结果土层编号取样深度（m）土层性质表面温度（℃）导热系数w/(m·k)备注-5-10-15第1层105.25~111.45砂质粘土1.661.801.92第2层129.75~140.80砂质粘土1.621.691.80第8层365.20~370.45砂质粘土1.511.681.72第9层400.60~406.60砂质粘土1.601.751.85第11层441.25~455.50砂质粘土1.691.761.81第12层470.15~480.20砂质粘土1.471.561.69第13层480.20~490.00粘土1.721.832.11第14层490.60~496.55粘土1.681.801.99第15层496.55~519.40钙质粘土1.631.681.82第16层519.40~535.80砂质粘土1.551.621.75第17层538.00~550.00砂质粘土1.661.751.82第18层550.00~560.30钙质粘土1.621.791.925．冻结粘土比热容测定结果土层编号取样深度（m）土层性质比热J/(g·k）备注第1层105.25~111.45砂质粘土1.2973第2层129.75~140.80砂质粘土1.4479第8层365.20~370.45砂质粘土1.5376第9层400.60~406.60砂质粘土1.5673第11层441.25~455.50砂质粘土1.6245第12层470.15~480.20砂质粘土1.4871第13层480.20~490.00粘土1.4559第14层490.60~496.55粘土1.4746第15层496.55~519.40钙质粘土1.4961第16层519.40~535.80砂质粘土1.5776第17层538.00~550.00砂质粘土1.5963第18层550.00~560.30钙质粘土1.58896．冻土蠕变试验结果试样编号土性温度（℃）应力（ＭPa）应变与时间关系备注ab第一组砂质粘土-151.080.564450.16815ε=0.44093σ1.62095t0.216511.801.162680.20112.531.804770.32581第二组砂质粘土-151.531.272430.11338ε=0.703169σ1.16676t0.146072.561.952380.155313.542.862640.37309第三组砂质粘土-152.302.260640.15203ε=0.454454σ1.69172t0.239713.834.673470.215895.375.826160.636162.3工程特点1．表土特深厚，由于目前国内尚无550m以上表土冻结井竣工先例，故施工技术难度较大。2．该区粘土层冻土单轴抗压强度偏低，设计及施工时应注意此层位总冻结壁的强度和稳定性。3．试验土层的冻结温度较低，平均为-1.7℃，最低达-2.8℃。5．试验各个土层最大冻胀力平均为0.58Mpa，土层最大冻胀率平均为3.06%。6．埋深在470.15~480.20m的土层，蠕变量较大，施工时应注意蠕变产生的工程地质问题，设计冻结壁时，尽量从单轴蠕变应变与时间的关系曲线中获取冻结蠕变量与时间的关系。7．该矿区地温较高，根据淮南地区长观资料，恒温带深度为3