主副井冻结施组

山东黄金集团昌邑矿业有限公司东辛庄矿区100万吨/年采矿工程井巷掘砌主、副井标段井筒冻结工程施工组织设计编制：年月日审核：年月日批准：年月日中冶集团华冶资源开发有限公司邯郸马万水分公司2目录1编制依据2工程概况2.1矿井概况2.2建筑地点特征3施工准备3.1资源准备3.2施工现场准备4施工方法4.1冻结方法4.2冷冻站制冷设计4.3供配电设计4.4钻孔施工技术4.5冻结施工技术5劳动组织6施工工期7施工技术要求8工程质量保证措施9施工安全保证措施31编制依据编制本设计的主要依据是：⑴昌邑市东辛庄—莲花山矿区主井工程地质孔抽水试验综合成果图；⑵昌邑市东辛庄—莲花山矿区副井工程地质孔柱状图；⑶山东省昌邑市东辛庄—莲花山矿区主井、副井、莲花山风井工程地质勘查工程位置图；⑷《矿山井巷工程施工及验收规范》（GB213-90）；⑸《冶金矿山井巷工程质量检验评定标准》（YBJ218-89）；2工程概况2.1矿井概况山东黄金集团昌邑矿业有限公司东辛庄矿区位于昌邑市东南13km，矿井采用立井开拓方式，由于地质及水文地质条件较复杂，采用普通法施工难度大、效率低。为加快矿井建设速度，决定主、副井井筒采用冻结法施工。表1井筒技术参数项目主井副井备注井口坐标X4079203.0004079192.800Y40458541.00040458610.169Z(m)7.17.1井筒净直径(m)4.55.5井壁厚度(m)0.850.85冻结深度(m)93852.2建筑地点特征2.2.1位置、交通4项目工作区位于昌邑市东南13km，隶属昌邑市围子镇管辖。极值坐标：东经119°30′45″～119°33′30″，北纬36°48′30″～36°52′30″，矿区距烟(台)—潍(坊)公路4km。昌(邑)—平(度)公路从矿区通过，南距潍(坊)—莱(阳)高速公路石埠出口约8.5km。市、乡(镇)级公路与之相通，交通方便。2.2.2自然地理本区位于潍东北滨海冲洪积平原区，地势平坦，第四系大面积覆盖，仅在5东辛庄村东南右零星露头。海拔标高一般4.1～7.0m。潍河和胶莱河是区内第一、第二大河，自南向北注入莱州湾。潍河原属常年性河流，后经上游蓄水及多年干旱，近年来处于断流状态，年平均径流量为9380万m3/a，最大流量为425m3/s。胶莱河是明清两代开挖的运河，年平均径流量为6812万m3/a，最大流量为232m3/s。其次为漩河，由南而北经工作区西侧注入莱州湾，作为排涝河，常年干枯，最大流量32m3/s。本区属北温带大陆性季风气候，春季风多雨少，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季干冷，春季风速最大，其它三季风速较小，多年平均气温12～12.5℃，最大冻土深度54cm，初霜期最早为9月29日，终霜期最早为2月10日。多年平均降雨量555.9mm，多年平均蒸发量1789.4mm。2.2.3地层结构东辛庄—莲花山矿区地层为古元古界粉子山群沉积变质岩类，呈层状、似层状，主要岩性为透辉变粒岩、黑云片岩、二云片岩、石榴石透辉变粒岩及磁铁矿变粒岩。基岩风化深度一般15～79m，风化程度为强风化—中风化。从岩石破碎、风化裂隙发育程度来看，其稳定性差。单块饱和单轴抗压强度为2.49～6.80Mpa，平均4.01Mpa，属极软岩石。6表2主井地质结构表序号累计深度(m)层厚(m)地层序号累计深度(m)层厚(m)地层11.001.00耕土724.502.70全风化大理岩23.002.00粉质粘土834.009.50强风化大理岩34.301.30中砂962.4128.41长石石英岩45.501.20粉质粘土1063.901.49黑云变粒岩517.6012.10中细砂11109.5045.60透辉变粒岩621.804.20砾砂表3副井地质结构表序号累计深度(m)层厚(m)地层序号累计深度(m)层厚(m)地层12.102.10亚粘土535.4017.50全风化花岗岩23.101.00细砂673.4038.00强风化花岗岩313.9010.80中细砂7109.7036.30中风化花岗岩417.904.00中粗砂73施工准备3.1资源准备3.1.1材料准备表4钻孔施工主要材料表序号名称规格及型号单位数量备注1无缝钢管Ø108×5m5012冻结管2无缝钢管Ø121×5m100管箍3牙轮钻头Ø171、Ø190个404粘土吨50表5冻结施工主要材料表序号名称规格单位数量1无缝钢管Ø219×6m3202无缝钢管Ø159×5m203无缝钢管Ø127×5m104无缝钢管Ø57×3.5m1205聚乙稀塑料管Ø60×5m46206塑料薄膜δ=0.08mmKg507胶管Ø50mm根108钢板δ=5mmm219聚乙稀泡沫板δ=1300×750×50块21010木板（盐水箱）δ=25mmm21511闸板阀Dg200个212闸板阀Dg150个813闸板阀Dg100个614闸板阀Dg125个815氟里昂T116氯化钙T38817铅丝8#Kg10018铅丝10#Kg10019铅丝22#Kg5020盐水箱垫木200×200×1000根1821盐水管路垫木200×200×1000根1522配集液圈托木200×200×2080根4523角钢L50×50×3.5m2024氨阀Dg150个1425氨阀Dg100个826氨阀Dg125个83.1.2设备准备表6打钻、冻结主要设备表序号名称规格及型号单位数量备注1冻注钻机DZJ-500/1000台4打钻使用2泥浆泵TBW-850/50台4打钻使用3陀螺仪JDT-3套1打钻使用4经纬仪T2台1打钻使用5电焊机BS-300台2打钻使用6冷冻机YSKF2-20型台4冻结使用7盐水泵8BA-12台4冻结使用8清水泵２００ＱＪ台4冻结使用9电焊机BS-300台３冻结使用10滤油机LY-100台1冻结使用11齿轮油泵台1冻结使用12生产、生活车1.5T辆1钻、冻共用3.2施工现场准备施工筹备人员进驻现场后，在计划准备期内完成组织准备、物资准备、技9术准备。按照施工平面布置完成冻结施工的钻场基础、泥浆泵房、测斜室、供、排浆系统施工、冻结施工的冻结站、配电室等生产大临工程和生活临建工程，以及供水、供电等，为冻结工程施工创造条件，满足施工要求。4施工方法4.1冻结方法4.1.1冻结方式根据主、副井井筒地质特征，采取一次冻全深的冻结施工方案。4.1.2冻结深度主、副井井筒冻结深度暂定位93m、85m，实际冻结深度待第一个冻结孔作为冻检孔，取芯核实地层结构后，最终确定冻结深度。4.1.3冻结壁厚主、副井表土层埋深分别为21.80m、17.90m。采用拉麦公式进行计算，计算结果为：主井为1.43m；副井为1.42m。其中冻土极限抗压强度取100kg/cm2。安全系数取2.2；冻结壁平均温度取-6℃。4.1.4钻孔布置1）冻结孔圈径、孔数与开孔间距经计算，主、副井井筒冻结孔布孔圈径分别为9.20m、10.20m；主、副井井筒冻结孔孔数分别为25个、27个；主、副井井筒冻结孔开孔间距分别为1.15m、1.18m。2）测温孔10主井：布置3个测温孔，深度均为93m；副井：布置3个测温孔，深度均为85m。测温孔布置在终孔间距最大处外侧界面上，距冻结孔布孔圈径1.00m，一个布置在地下水流上方冻结孔外侧主面上，距冻结孔1.00m。3）水文孔主井：孔深为20m（花管位置为14～19m，封止水位置为1～6m）；副井：孔深为16m（花管位置为10～15m，封止水位置为1～6m），以便观测冻结壁交圈情况。4）钻孔工程量（见下表）表7钻孔工程量表序号名称单位数量主井副井1冻结孔m232522952测温孔m2792553水文孔m2016合计m262425664.2冷冻站制冷设计4.2.1氟系统一）冷量计算（见下表）冷量计算表项目单位数量主井副井冻结管散热能力万大卡/小时21.3422.04井筒需冷量万大卡/小时24.5425.35二）冻结运转形式及参数冻结站采用双级压缩制冷，积极冻结期盐水温度取-26℃，维护期盐水温度11取-20～-22℃，盐水比重为1.25。三）冷冻机选型经计算，主、副井共用以一个冻结站。主井选用20型盐水机组2台，副井选用20型盐水机组2台。制冷设备总装机标准制冷能力188.4万大卡/小时。4.2.2盐水系统一）盐水总循环量Q主=230m3/h；Q副=260m3/h二）主要管路选择1、冻结管：均选用Ф108×5mm无缝钢管；2、盐水干管及集配液圈：均选用Ф219×6mm无缝钢管；3、供液管：均选用Ф60×5mm聚乙稀塑料供液管；三）盐水泵：选用8BA–12型水泵4台。4.2.3冷却水系统一）冷却水总循环量为30m3/h；二）新水补充量为15m3/h；三）水泵选型：选用200QJ40-26/2型水泵四台。冻结主要参数见“冻结设计主要参数表”。4.2.4氯化钙用量主井为29吨，副井为30吨。冻结设计主要参数表序号项目单位主井副井1井筒净直径m4.55.52井壁厚度m0.850.853冻结深度m93854冻结壁平均温度℃-6-6125冻结壁厚度m1.431.426冻结孔布孔圈径m9.2010.207冻结孔数个25278冻结孔间距开孔m1.151.18终孔m1.801.809冻结孔向井心偏斜m≤0.30≤0.3010测温孔个/m3/933/8511水文孔个/m1/201/1612钻孔工程量m2624256613井筒需冷量MJ/h24.5425.3514积极期盐水温度℃-26-2615维护期盐水温度℃-20～-22-20～-2216新水补充量m3/h15154.3供配电设计冻结孔施工和冻结站供电被列为矿山企业二类负荷，应具有一定的可靠性，只有在特殊情况下才能短时间停电，并且在停电前通知打钻及冻结站负责人，以便提前做好停电工作。供电电压应相对稳定，电压波动值一般不宜超过+5%—-10%。冻结站施工设备负荷计算设备名称规格型号数量（台）设备容量(KW)功率因数正切值需用系数计算负荷总台数工作数总计工作容量有功(KW)无功(Kvar)视在(KVA)螺杆冷冻机44100010000.9640.45324.00312.34450.00盐水泵8BA-12421501500.9641.0075.0072.30100.40清水泵200QJ40-26/24211110.9640.804.404.246.10合计171511651165707.00671.13971.45安装容量：1165KW。13有功负荷：707KW。无功负荷：671.13Kvar。视在负荷：971.45KVA。功率因数补偿到0.85，低压母线上负荷为：视在负荷832KVA，有功负荷707KW，无功负荷436Kvar。4.4钻孔施工技术4.4.1每井采用钻机2台同时施工，每台钻机各配备TBW-850/50型泥浆泵一台。钻孔测斜采用JDT-5型陀螺仪，实现不提钻测斜。采用JDT-3K型陀螺仪定向，随钻可提式导向器和YL-127型螺杆钻纠斜。4.4.2钻场施工：首先要以井筒中心位置量出场地范围平整场地，分层铺设夯实三七灰土，厚350mm，三七灰土上部浇注混凝土厚300mm，并预留钻孔位置和砌筑泥浆循环沟槽。4.4.3确定孔位：以井筒中心为基准，测定孔位。钻孔孔位采用钉桩法设立明显标志。4.4.4钻机安装：按设备的安装要求进行，并配套好泥浆设施。接通水、电、安装夜间照明，检查钻具，做好各项准备工作。4.4.5钻孔：钻机采用Ф108mm钻杆，Ф159mm加重杆，Ф190.5mm、Ф171.4mm牙轮钻头组成的加重钻具，回转式钻进泥浆护壁的方法，分班连续作业方式。4.4.6泥浆配制（泥浆性能参数见下表）泥浆性能参数表地层名称粘度（S）比重（g/cm3）含砂量（%）胶体率（%）砂土20-271.10-1.15＜4＞97粘土16-181.05＜4＞97风化带18-201.10＜4＞97基岩17-191.05＜4＞97144.4.7钻进参数(钻进参数见下表)钻进参数表地层名称钻压(kg)泵量(L/min)转速(转/min)砂土500-600500-60055,77粘土600-800