井筒冻结设计（精选八篇）
井筒冻结设计 篇1
关键词：立井井筒,井壁结构,冻结法,混凝土强度
0 引言
目前, 我国立井穿过不稳定冲积地层一般采用特殊凿井法施工, 主要方法为冻结法、钻井法、帷幕法、沉井法等。其中, 冻结法和钻井法是目前我国煤矿立井井筒采用较多、更为成熟有效的两种特殊凿井施工方法。鉴于冻结法施工的优点, 目前冲击地层采用冻结法施工的井筒占大部分。
井筒含水基岩的治理方法一般采用注浆法和地层冻结法。冻结法治水效果可靠;井筒施工对环境无污染, 噪声小。一般情况, 基岩段采用注浆法施工较多。但是近期, 内蒙等地的含水基岩段均采用了冻结法施工, 主要鉴于内蒙等地的基岩地层与其他地区地层的不同及特殊性。随着煤炭浅部资源逐渐枯竭, 准备建设的新矿井大多开采深部资源, 井筒深度也逐渐加大。
根据目前井壁的计算方法, 随着井筒深度的加深井壁厚度将越来越大, 形成了“大体积混凝土”, 而大体积混凝土在固化过程中释放的水化热使井壁本身产生较大的温度变化和收缩作用, 收缩应力可能导致混凝土出现裂缝, 对井壁本身造成致命的影响。因此对于冻结深度较深的井筒, 怎么减薄井壁厚度往往成为设计人员头疼的问题。
1 冻结法施工井筒井壁结构形式
目前我国采用冻结法施工的井筒井壁结构形式主要包括钢筋混凝土双层井壁与钢筋混凝土单层井壁;其中双层井壁根据温度应力的大小, 结构形式可分为含塑料夹层的钢筋混凝土复合井壁与不含塑料夹层的钢筋混凝土双层井壁。因冻结井筒单层井壁应用较少, 本次主要研究钢筋混凝土双层井壁计算方法。
2 冻结法施工井筒双层井壁厚度的确定
1) 钢筋混凝土井壁结构计算主要参考的规范、规程。
主要参考的规范、规程有:《××矿井井筒检查钻孔地质报告》, GB 50384—2007煤矿立井井筒及硐室设计规范, GB 50511—2010煤矿井巷工程施工规范, GB 50213—2010煤矿井巷工程质量验收规范, GB 50010—2010混凝土结构设计规范, 《采矿工程设计手册》, MT/T 1124—2011煤矿冻结法开凿立井工程技术规范等。
2) 内、外层井壁整体所受径向荷载标准值计算。
a.均匀荷载标准值应按GB 50384—2007煤矿立井井筒及硐室设计规范6.1.3-1式计算。
b.不均匀荷载标准值。
其中, βt为冲积地层不均匀荷载系数。冻结法凿井时, βt=0.2~0.3。
3) 内、外层井壁分别承受的径向荷载标准值计算。
a.内层井壁荷载标准值。
其中, Pn, k为内层井壁所承受的荷载标准值, MPa;kz为荷载折减系数, 一般取0.81~1.00;0.01为水的似重力密度, MN/m3。
b.外层井壁荷载。
外层井壁承受的冻结压力Pd, k可按表1选取。
4) 冻结法凿井井筒的井壁厚度应按下列公式计算初步拟定。
a.薄壁圆筒 (t<rw/10) 井壁:
b.厚壁圆筒 (t≥rw/10) 井壁:
式中:t———井壁厚度, m;
rn———计算处井壁内半径, m;
fs———井壁材料强度设计值, MN/m2;
fc———混凝土轴心抗压强度设计值, MN/m2;
fy'———普通钢筋抗压强度设计值, MN/m2;
P———计算处作用在井壁上的设计荷载计算值, MPa。根据不同受力状况, 采用冻土压力、均匀水土压力、静水压力等相应的荷载计算值;
ρmin———井壁圆环截面的最小配筋率, 取ρmin=0.4%;
γ0———结构重要性系数。
3 以内蒙地区某井筒为例, 考虑混凝土强度提高系数前、后计算结果
以内蒙地区某矿井副井为例, 该井筒净直径为10.5 m, 混凝土强度等级为C75, 冻结计算控制深度为724.0 m, 分别按照考虑混凝土强度系数与不考虑强度系数情况下计算井筒控制截面处的井壁厚度。
1) 不考虑混凝土提高系数, 控制截面处为-724.0 m处, 冻结段内层井壁厚度。
内壁水压:Pn, k=0.01×0.81×724=5.864 MPa。内层井壁厚度计算:选用C75混凝土, 抗压强度设计值33.8 MPa。
同时, 根据工程类比法取内壁厚度t内=2 200 mm。
2) 按照混凝土强度提高系数1.3计算控制截面处冻结段内层井壁厚度。内壁水压:Pn, k=0.01×0.95×724=6.878 MPa, 内层井壁厚度计算:选用C75混凝土, 抗压强度设计值33.8 MPa。
取内壁厚度t内=1 750 mm。
计算结果对比如表2所示。
4 结语
井筒冻结设计 篇2
关键词：大管径；大流量；冻结壁；差异冻结
中图分类号： TD352 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）21-189-2
1 工程概况
潘一东区矿井位于安徽省淮南市潘集区，设计规模3.0Mt/a，矿井于2008年7月1日正式开工。该矿井在工业广场内布置有主井、副井、第二副井、风井四个井筒。二副井井筒设计井口设计标高+23.2m，净径Ф8.6m，井深1034.2m，井筒冻结段深度270m，基岩段深度764.2m，井筒地面预注浆深度为1045.2m。
2 冻结设计
根据检查孔资料显示，而副井井筒穿过地层为新生界冲积层和二叠系石盒子组含煤地层。根据地质检查孔柱状报告，第二副井穿过新生界冲积层厚度203.6m，地层以砂质粘土、粘土和中细砂为主。粘土层总厚度125.45m，其中单层最大厚度45.75m，砂层总厚度78.15m。根据勘探资料，冲积层上部含水组以大气降水和地表水下渗补给为主，水位19.09m～20.23m，渗透系数3.656～6.219m/d，单位涌水量0.978～1.74L/s·m，富水性中等到强，故表土段采用冻结法施工。
二副井井筒采用主、辅双圈差异冻结方式冻结。以外圈孔作为冻结壁形成的主冻结孔，采用差异冻结方式，深孔稳入基岩第一含水层地板以下，浅孔达风化带底界；内圈辅助孔深入到冲积层底部，起上部防片帮、下部加强冻结的作用。综合新生界冲积层厚度和风化基岩厚度，考虑基岩第一含水层预计涌水量大（预计涌水量241.25m3/h～264.18m3/h），故将基岩第一含水层纳入冻结范围（此段已进行地面预注浆处理），确定第二副井冻结深度为276m。深孔稳入基岩第一含水层底板以下，浅孔达风化带底界以下，辅助孔深入到冲积层底部以下。
2.1 冻结指导思想
冻结法施工首先考虑的是井筒掘砌安全问题，其次要实现上部片帮量少、下部少挖冻土，提高综合成井速度。故在保证冻结壁强度、厚度的技术原则下，实现井筒施工综合经济效益最大化的目标。具体要求为：
①冻结壁形成要快，并能尽快达到设计强度，满足快速掘砌的要求；
②提高对钻孔质量要求，严格控制冻结孔间距、钻孔偏斜及辅助孔径向内偏值；
③加快掘砌速度，控制冻结壁裸露时间，减小径向位移，使冻结管处于冻结壁的弹性变形区域内，防止冻结管断裂，确保安全；
④在确保井筒掘砌安全的前提下，减少冻土扩入荒径量，保证冻结段安全快速掘砌。
2.2 冻结方案设计要点
2.2.1 盐水温度
根据近两年淮南矿区井筒冻结经验，采用低温、大流量盐水的冻结方法，保证盐水温度可达-32℃以下。盐水系统分阶段降温，冻结交圈前盐水温度在-28～-30℃，井筒试挖阶段达-32℃以下，开挖到冲积层掘进结束前保持在-30～-32℃之间，掘砌通过冲积层后盐水温度保持在-25℃左右。
2.2.2 冻结壁厚度计算
目前国内冻结井普片采用以砂性土为控制地层采用多姆克公式计算冻结壁厚度。结合在淮南地区冻结的成功经验，考虑潘一东矿区第二副井井筒特征和地址情况，在应用上述设计计算的基础上，结合近几年冻结凿井经验对设计参数进行适当优化调整来计算冻结壁厚度。按多姆克公式计算
式中：E为按强度条件计算的冻结壁厚度（m）；R为冻结壁设计控制层处的井筒掘进半径（m）；P为设计水平的地压（Mpa）；K为砂性土层的冻土计算强度（Mpa）。
综合考虑冻土为重塑土、土体含水量等因素影响，结合井径大小，确定第二副井冻结壁厚度设计为4.1m。
2.2.3 冻结孔布置设计
冻结孔布置圈径取决于冻结井筒的掘进直径、冻结壁厚度、冻结深度及钻孔允许偏斜率。
2.2.4 观测孔布置
冻结帷幕内布置水文孔3个，布在距井心1.5m处，避开吊桶位置，W1深度为48m、W2深度为72m、W3深度为188m。分别报导主要含水层水位。
水位观测采用人工观测。测温孔温度观测采用一线总线制测温系统。根据每天测温情况，分析冻结壁发展情况。二副井冻结布置测温孔4个，T1深度为276m、T2深度为205m、T3深度为205m、T4深度为276m；T1布置在外圈水流上方，T2布置在内圈孔最大间距处，T3布置在内圈孔水流上方两孔中间，T4布置在外圈孔水流下方。
2.2.5 冻结造孔
冻结造孔质量直接影响冻结工程工期，否能安全、高效、快速冻结，对造孔的質量有严格的要求，潘一矿东井对井筒冻结造孔质量要求为：所有钻孔径向偏斜值不得超过300mm；表土层偏率不大于0.2‰，最大孔底距不大于1.6m；基岩段偏率不大于0.3‰，相邻两深孔最大孔底距不超过3.5m。
2.3 冻结制冷设计
冻结站采用高效螺杆压缩机组，装机制冷量大于设计需冷量的4倍以上。二副井制冷设备选择4台LG25型低压冷冻机、1台LG20型低压冷冻机及2台LG25型高压冷冻机，最终确定二副井需冷量、装机能力见表1。
2.4 盐水系统设计
经过对近两年两淮地区井筒冻结盐水流量的比照和盐水循环流态的计算，确定二副井冻结主孔盐水流量：单孔12～16m3/h，防片加强孔盐水流量：单孔12～16m3/h。
3 冻结效果
W1孔于送冷第52天冒水，W2孔于送冷第40天冒水，W3孔于送冷第49天冒水。通过对3个水文孔涌水量进行实测，显示报导层位涌水量与实测水量基本吻合，说明冻结壁已形成并交圈。根据水文孔冒水量、冻结测温孔监测情况及试挖时冻结壁实际扩展情况，确认冻结壁强度、厚度均达到设计要求后，井筒于冻结第54天试挖。
经4天时间试挖30m，冻结壁发展良好，此时井帮平均温度+2℃。由于施工速度快，井筒在垂深80m后井帮温度达0℃，向下冻土进帮，在188m砂层处冻土最大进井帮700mm。203.6m表土仅用25天施工完毕，且首月创下淮南矿区表土段单月成井196m的最高记录。
井筒开挖过程中根据冻结情况，及时调整冻结冷量，辅助孔于5月8日关闭（孔深204m ），短孔于5月16日关闭（孔深223m）。至5月7日止井筒冻结表土段开挖结束，没有发生片帮现象。至冻结表土段施工完毕时，井帮温度达-7℃，开挖过程中无断管、无井壁压坏、无漏水，井筒一次性顺利通过冻结段。
4 结束语
通过该工程的施工，取得了冻结深厚粘土层大型矿井施工的宝贵经验，对今后淮南矿区及类似地层的井筒施工极有借鉴之处：
①从第二副井井筒冻结施工结果来看，采用主、辅双圈冻结孔强化冻结，特别是将内圈辅助孔间距缩小至2.513m、两排孔间距1.6m的情况下，冻结交圈时间短，形成冻结壁强度大，开挖时井筒上部不片帮，整个冻结壁稳定，有效的防止了冻结管的断裂，保证了井筒的连续施工，达到安全、快速凿井的目的。
②冻结站采用氨螺杆压缩机组，装机制冷量高于井筒需冷量4倍以上，保证了冻结壁形成快、高强高，可为今后冻结井筒的设备配置选型提供有效指导。
③采用双圈孔快速强化冻结工艺，每台机组都组成独立系统，可根据井筒开挖时冻结效果，随时在冻结过程中关闭部分制冷机组，合理控制冻结孔的冷量供给，保证冻结壁的强度，控制冻土进荒径距离，提高开挖工效。
④盐水循环将主、辅孔盐水分流形成两路盐水循环系统，保证了冻结孔内冷量均匀分配。
参 考 文 献
[1] 崔云龙.简明建井工程手册（下册）[M].北京：煤炭工业出版社，2003.
井筒冻结设计 篇3
梁宝寺二号井设计生产能力1.2Mt/a, 采用立井开拓方式, 布设主井、副井、风井三条井筒。副井井筒设计净直径6.5m, 全深1090.5m, 须穿过厚464.4m表土层, 表土段存在多层厚黏土层, 其中-264.7～373.5m的钙质黏土层厚达108.8m, 膨胀性强, 给井筒建设带来较大难度。为此表土段决定采用冻结法施工, 但深部黏土可冻性差、强度低、蠕变显著、深部地层冻结压力大, 对井筒施工带来诸多不利。如何选择合理的冻结方案穿过巨厚黏土层, 是关系该井建设成败的一个重要的关键技术问题。
1 井筒地质和水文地质概况
1.1 地质概况
根据矿井检测孔资料, 该副井井筒冻结段穿过的地层自上而下为:第四系、上第三系、二叠系 (上石盒子组、下石盒子组、山西组) 并揭露部分石炭系地层。第三、四系 (Q+R) 地层总厚度464.4m, 主要由中～巨厚层黏土夹少量砂质黏土, 黏土质砂及砂层组成, 属深厚表土层。黏土类岩性以灰绿、土黄、锈黄、浅红等色的黏土、砂质黏土为主, 局部含钙质结核和砂姜结石。岩土勘察资料表明:该井筒穿过的冲积层总厚度大, 黏土层厚且多, 共9层累计厚度170.00m, 具有较强的黏性及膨胀性。从副井冻土试验结果可以看出, 300m以下的巨厚黏土层冻胀力和冻胀率均较大, 其中50层土 (-264.7～373.5m) 钙质黏土厚达108.8m, 膨胀力46～771kPa, 自由膨胀率50%～97.5%。井筒在施工过程中要想安全通过膨胀黏土层有一定难度。
二叠系 (P) 地层:揭露二叠系地层为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。
风氧化带:顶部为风化带, 厚26.50m, 其中强风化带厚19.80m, 由2.00m的细砂岩和17.80m的泥岩组成;弱风化带厚6.70m, 由1.50m泥岩和5.20m的细岩组成。
1.2 水文地质概况
第四系含水层埋深66.50m处, 流动方向为自西北向东南, K=11.04m/d;埋深130.70m处, 流动方向为自西北向东南, K=12.72m/d;埋深146.70m处, 流动方向为自西北向东南, K=13.44m/d。
副井含水层主要位于基岩段内, 一共有九个含水层, 全井筒预计涌水量74.27m3/h。
2 冻结方案设计
2.1 冻结深度的确定
据业主要求设计, 参照有关规程、规范和国内外矿井的冻结设计, 结合副井基岩风化带深度, 为确保本工程冻结质量满足井筒安全掘砌施工的要求, 冻结深度应深入不透水的稳定岩层10m以上, 考虑到冻结孔底无效冻结段等因素, 确定副井冻结深度为536m。
2.2 冻结方案的确定
据梁宝寺二号井实际地质情况:井筒表土层厚, 特别是第三系深部膨胀黏土层 (第50层土) 单层厚度大 (厚108.8m) 、埋藏深 (-264.7～-373.5m) 、地压大 (3.44～4.86MPa) 、单轴抗压强度低、可冻性差、蠕变特性显著等特点及对工期的实际要求, 并参照国内多处矿井冻结设计、施工情况, 为实现井筒上部的提前开挖、节省工期和确保深部黏土安全、快速、高效施工, 最终确定副井采用三圈加防片孔冻结方案。
2.3 冻结方案的特点
根据井筒检查孔提供的冲积层厚度、风化带厚度和井壁结构的设计要求, 改传统的两圈冻结孔、三圈孔冻结为三圈附加防片孔冻结方案, 外圈孔, 保证强风化带以上冻结壁厚度和强度;中圈孔, 保证冻结基岩段封水, 提高冻结壁强度;内圈孔, 保证冻结壁早交圈, 按时开挖, 加快下部冻土向内发展速度, 降低巨厚黏土层井帮温度、提高冻结壁强度;防片孔, 加快上部冻土发展速度, 保证井筒施工安全和成井质量, 防止开挖时出现片帮现象。实现井筒表土段深、浅部施工的连续性, 节省工期。
3 冻结参数制冷设计
3.1 冻结壁厚度设计
副井井筒表土层厚且复杂, 分段计算各段处井壁的厚度。井筒深度小于300m时采用多姆克公式 (式1) 计算冻结壁厚度;井筒深度大于300m时采用维亚若夫-扎列茨基有限段高公式 (式2) 计算冻结壁厚度。
(1) 多姆克第三强度理论公式:
E=Ra[0.29 (P/σ) +2.3 (P/σ) 2] (1)
(2) 维亚克若夫-扎列茨基有线段高公式:
E=ηph/σ (2)
以上式中各参数含义
E——冻结壁厚度;
Ra——冻结壁内半径 (采用掘砌荒径) ;
P——控制层位地压值 (采用水土悬浮公式) ;
б——冻土长时强度 (冻土允许强度) ;
h——掘砌段高;
η-工作面冻结状态系数。
3.2 冻结孔布置
深厚表土层冻结井施工中, 冻结孔布置是否合理、施工质量的好坏直接影响冻结工程的成败, 因此为保证冻结壁均匀稳定和冻结工期, 结合规范要求做如下布置:
1) 冻结孔布置原则:各控制层位冻结壁厚度、冻结温度、冻结壁强度均满足设计要求;井筒开挖后, 冻结壁接近井帮, 满足开挖要求。
2) 冻结孔布置方式:采用内、中、外三圈孔冻结, 内层附加防片孔, 防止发生片帮现象。各圈冻结孔环向均匀布置。
3) 冻结孔布置圈径D0:
D0=Dj+2 (ηE+eH)
式中:D0——冻结孔单圈布置圈径, m;
Dj——冻结井筒掘进直径, m;
E——冻结壁厚度, m;
η——冻结壁内侧扩展系数;
e——冻结孔允许偏斜率;
H——冻结深度, m。
计算不同圈位圈径时, 冻结壁内侧扩展系数取值不同, 本设计中, 外、中、内圈分别取0.6、0.3、0.1, 经计算可得:外圈D0=23m;中圈D0=17.5m;内圈D0=14m。根据开挖时间和上部孔到荒径距离及预测冻土发展速度, 确定防片孔圈径副井为11.5m。
4 冻结施工效果
为确保施工过程中的安全, 同时检验冻结方案与工艺是否合理, 采用了冻结信息化施工技术, 在井筒掘砌过程中对掘进工作面进行温度、变形监测。
4.1 井帮温度监测
测试方法如下:
1) 测点布置:在东、南、西、北、东南、东北、西南、西北和掘进段高的中点各设置一个测点。
2) 测试时间:掘进过程中温度测点暴露后立即测量。
3) 测试仪器:单点数字测温仪 (精度±0.1℃) 。
4.2 冻土进入荒径厚度
测试方法如下:
1) 测点布置:东南西北方向均开展该项测量, 与温度监测同时进行。
2) 测试时间:本段高掘进完成后开展测量。
3) 测试仪器:单点数字测温仪 (精度±0.1℃) 、钢卷尺 (精度1cm) 。
5 结论
通过该副井施工实践证明, 此施工方案是科学、先进、经济、合理、高效的。
1) 冻结孔合理布置, 外圈孔穿过强风化带, 保证强风化带以上冻结壁厚度和强度;中圈孔深入基岩, 保证冻结基岩段封水, 提高冻结壁强度;内圈孔穿过风化带, 保证冻结壁提早交圈;再用282m的防片孔, 保证上部表土的快速交圈, 防止片帮事故发生, 保证以后施工的安全和进度。
2) 冻结钻孔的造孔质量对冻结交圈相当重要, 控制偏斜率, 保证钻孔的均匀分布, 保证了冻结工程的质量。
3) 采用信息化施工技术, 加强对冻结过程中冻结壁温度、掘进过程中冻结壁温度和变形发展情况的监控, 对调整冻结参数、指导安全施工起到了重要的保障作用。
4) 冻结期间和维护冻结期间, 正确的预测分析合理调节冻结设备运转, 在不同的条件下采用不同的参数, 及时调节盐水的流量和盐水温度, 保证冻结的顺利进行。
5) 根据工程进度, 灵活的调整供液方式, 实现深部冷量集中供给的同时也能减少上部不必要的冷液供给, 降低制冷量, 节约电费, 方案经济。
6) 冻结和掘进相辅相成, 在掘进过程中监测冻结壁的发展情况, 在冻结的情况下调整掘进参数, 快速、安全、优质的完成表土段的掘砌。
摘要：梁宝寺煤矿2号井地层条件十分复杂, 表土层厚464.4m, 且存在多层强膨胀性厚黏土层, 给井筒建设带来较大困难。对于冻结法凿井而言, 深部黏土可冻性差、强度低、蠕变显著、冻结压力大, 如何选择合理的冻结方案, 使井筒即早开挖又安全通过表土层, 在保证井筒质量的前提下快速、安全的施工是设计中的难点。该设计采用四圈孔冻结工艺, 在设计中采取了诸多有效技术措施, 实现了井筒施工安全、质量与速度较好的结合。
关键词：厚表土层,强膨胀黏土,立井,冻结设计
参考文献
[1]陈湘生.对深冻结井几个关键问题的探讨[J].煤炭科学技术, 1999 (01) .
深井井筒全基岩冻结施工技术 篇4
孟村煤矿主、副井冻结深度分别为580m和610m, 冲积层只有17m, 属全基岩冻结, 通过科学设计, 精心施工, 提前达到开挖条件, 满足井筒连续掘砌施工。本工程为今后类似地层施工提供一定的参考。
1 工程概况
孟村煤矿主、副井井筒是由陕西彬长矿区开发建设有限公司开发的矿井, 设计生产能力为600万吨/年, 立井开拓, 工业场地内布置主、副、风三个井筒。其中主井净直径6.5m, 深570m;副井净直径8.5m, 深600m。根据主、副井井筒地质特征, 结合冻结施工规范等要求, 主、副井冻结深度分别为580m和610m, 均属全基岩冻结方式。
2 工程地质
依据钻孔揭露地层由老至新依次有:侏罗系下统富县组、中统延安组、直罗组、安定组, 白垩系下统宜君组、洛河组、华池组及第四、三系地层。
覆盖土层底部有弱固结易坍塌的卵砾石层, 洛河组地层上部风化程度较剧烈, 岩石松软, 易破碎、节理、裂隙较发育, 地下水对岩层的软化作用明显。
3 冻结施工设计
针对孟村煤矿主、副井井筒的地质特征, 为了保证冻结壁有效厚度和强度, 以冻结壁能够保证连续安全掘砌施工为原则, 两井均采用主冻结孔加防片帮孔的冻结方式。
冻结设计参数见表1。主、副井冻结方案见图1和图2。
4 冻结施工
4.1 钻孔施工
主井冻结孔施工于2009年12月30日开钻, 于2010年5月6日钻孔结束, 采用4台TSJ-2000水源钻机作业, 完成钻孔51个, 总进尺20690m;副井冻结孔施工于2009年10月28日开钻, 于2010年3月14日钻孔结束, 采用5台TSJ-2000水源钻机作业, 完成钻孔61个, 总进尺26070m。主、副井钻孔质量均达到设计要求, 全部合格。
4.2 冻结站安装
孟村煤矿主、副井冻结站采用两井一站, 选用新型螺杆压缩机双级压缩制冷, 安装HJLGⅢTA250型螺杆冷冻机14台作为低压机, 安装HLG20ⅢDA185型螺杆压缩机14台作为高压机, 设备总装标准制冷能力为2422万大卡/小时, 冷冻站装机工况制冷量为770万大卡/小时, 完全满足两井冻结需要。
冻结站附属设备见表2。盐水系统:盐水干管、集配液圈选用Ф377×6mm螺旋焊管加工制作。供液管选用Ф75×6mm聚乙烯塑料软管。每井选用2台350S-75B (280KW, 流量760m3/h) 型清水泵作盐水泵, 确保每个冻结器内盐水流量不小于15m3/h。
冻结站运转及监测:冻结站于2010年3月25日开机运转, 运转后, 合理调节机组及附属设备运行, 使盐水温度降温符合设计和规范要求;为了保证冻结站设备及盐水系统正常运转, 按照设计使理想的冻结壁早日形成, 在施工中通过对冷冻站的氨系统、盐水系统、冷却水系统这三大循环系统中的温度、压力、电流等监测, 来分析冷冻站的运转指标, 以确保其安全有效地制冷, 确保施工安全。
(1) 冻结制冷盐水温度检测
采用流量计测量盐水系统流量;在每个冻结器的回路上安装测温元件探头观测去回路温差;在每个蒸发器上安装报警器监测盐水漏失情况。从冻结开始, 即进行盐水温度监测, 直到冻结结束, 在积极冻结期每8~24小时监测一次, 在维护冻结期, 每24~48小时监测一次。
(2) 冻结壁温度场及厚度监测
采用国产的TZW-100多路数字温度采集仪监测冻结温度。该仪器主要性能:测量最大点数100个, 分辨率0.1℃。该监测系统自动化程度高、性能稳。从冻土积极冻结开始时即进行温度监测, 直到井筒冻结段施工完毕。在积极冻结过程中, 每天监测一次, 在维持冻结过程, 每1~2天监测一次。
(3) 工作面井帮温度监测
数字式单点温度计, 其主要技术指标为:分辨率0.1℃, 测点范围精度-30~+75℃, 精度±0.5℃。根据开挖情况实时监测, 井帮暴露时每天测量一次或每段高测量一次。
(4) 水文孔水位变化监测
测试仪器采用电测水位仪。水位仪读数精度为±1mm, 管口高程用精密水准仪定期与基准点联测。积极冻结开始后, 每天观测一次, 及时检查冻结壁内的水位变化。
4.3 冻结效果
孟村煤矿主、副井冻结站于2010年3月25日运转, 水文孔孔深90m, 报道90m以上含水层交圈情况, 于2010年5月1日水文孔水位冒出地面管口。经分析, 冻结壁厚度和强度达到设计要求, 满足掘砌需要, 于2010年5月8日开挖, 较设计提前9天。开挖后, 为确保掘砌多挖“糖心”, 且确保下部冻结壁厚度及强度, 掘进至20m时关闭防片帮孔, 加大了主冻结孔流量。开挖后井筒掘砌过程中冻结效果良好, 目前主、副井已分别安全掘进至133m和248m。
5 结论
孟村矿井属全基岩冻结, 在保证井筒掘砌安全的条件下, 实现了井筒提前开挖, 快速施工。
5.1 合理设置防片帮孔, 保证井筒提前开挖。总结胡家河矿井主、副、风三井冻结施工经验, 为了保证井筒顺利提前开挖, 特布置上部防片帮孔。防片帮孔在施工中起到对上部回填层和松散层的注浆充填效果, 同时有效防止上部片帮。
5.2 适当放大钻孔开孔间距, 依据胡家河经验, 本区由于钻孔施工速度缓慢, 适当放大冻结孔开孔间距, 并减小布置圈径, 减少冻结孔数, 从而缩短钻孔工期。同时提高钻孔质量, 严格控制钻孔偏斜是加快井筒冻结速度的前提。
5.3 合理分配冷量, 是加快冻结速度的有效途径。副井施工过程中, 根据测温数据分析后, 在掘进20m时准确及时的关闭防片帮孔, 以控制冻土向内发展, 加大下部地层的供冷量, 为掘进提供了良好的掘进条件, 且确保了下部冻结壁厚度及强度。
5.4 科学管理, 与甲方、监理、掘砌单位密切配合, 是施工顺利的保障。
摘要：孟村煤矿主、副井冻结深度分别为580m和610m, 冲积层只有17m, 属深井筒全基岩冻结, 通过科学设计, 精心施工, 提前达到开挖条件, 满足井筒连续掘砌施工。本文介绍了孟村主、副井冻结施工的技术, 为今后类似地层施工提供参考。
关键词：深井井筒,全基岩,冻结,施工
参考文献
[1]姚直书, 程桦, 荣传新.西部地区深基岩冻结井筒井壁结构设计与优化[J].煤炭学报.2010, 35 (5) :760-764
冻结法井筒施工和防结冰 篇5
关键词：冻结法,井筒,施工,防结冰
随着煤矿建井技术的发展, 特殊凿井技术也有了长足的进步, 特别是冻结法施工深厚冲积层井筒的掘砌技术得到了快速发展, 形成了钻孔、冻结、掘进、砌壁等一系列完整的技术系统, 目前已成为施工深厚冲积层立井井筒主要的施工方法。
1 冻结法井筒施工
1.1 冻结井筒适时开挖的条件
冻结井筒施工适时开挖, 是加快井筒施工速度、缩短工期的重要一环。开挖过早会发生片帮甚至涌砂透水。开挖过迟, 随着冻土墙的不断扩展, 会增加施工难度, 影响施工进度。因此, 井筒开挖时间应遵循以下原则:第一, 当水文观测孔内的水位已有规律地上升并冒水。第二, 测温孔的温度已降至设计值, 证实冻结壁已全部浇固, 其强度具备开挖条件。第三, 开挖前的准备工作均已就绪, 完全具备井筒施工条件。
1.2 井筒施工
1.2.1 锁口
锁口按其支护结构与井壁结构的区别可分为临时锁口和永久锁口两种。锁口掘进一般采用人工倒台阶式挖掘, 即先沿井筒周边开始挖掘, 再向井筒中心扩展, 留出中心土, 作为井筒外土壁片帮时打撑生根点, 待锁口砌壁完成后再挖取中心土。锁口段砌壁施工时要预留封口盘、激光粱和固定盘梁窝, 锁口施工完成即可进行封口盘、固定盘、激光粱的安装。
1.2.2 冻结井筒施工
第一, 掘进。冻土墙挖掘。开挖初期, 在冻土墙未进入荒径时, 应采用短段台阶环形辐射分区划片的方法挖掘, 并在井筒中心挖超前小井, 先挖取井筒径内的土, 再分片对称开挖帮壁土。为防止井壁整体下沉, 在刷帮时可在井壁厚度外错100mm, 对称砌筑6~8 个1 500mm×300mm的料石垛, 以后随着冻土进入荒径逐步减少和取消。在施工措施中应明确规定段高高度、小井直径及台阶规格等, 此段以人工挖掘为主。冻土墙进入荒径后的挖掘。当冻土墙已进入荒径, 以人工风镐、风铲直接破碎冻土进行全断面一次挖掘, 根据不同土层, 适当调整段高, 当冻土墙全部进入井筒或风化基岩段施工时, 可采用钻爆法施工, 施工时要编制切实可行的爆破安全技术措施。第二, 切壁。外壁采用1m×1m金属块装模板, 吊桶下放砼至吊盘下层盘, 人工入模, 插入式振动棒振捣。内壁采用液压滑升模板自下而上浇筑, 吊桶下放砼, 至吊盘上层盘分灰漏斗内由竹节管入模, 插入式振动棒振捣。
1.3 冻结井筒施工应注意的问题
第一, 选择合适的开挖时间。冻结井筒适时开挖, 是加快施工速度、缩短工期的重要一环, 开挖过早会发生片帮甚至涌砂透水, 开挖过迟随着冻土墙的不断扩展, 会增加施工难度, 影响施工进度。
第二, 选择合适的施工段高。冻结井筒在施工过程中要根据冻土进入荒径的距离、土层性质确定合理的施工段高, 以保证施工安全。
第三, 对钙质黏土层要采取切实可行的措施。钙质黏土层具有含水率低、不易冻结、膨胀性大等不利施工的特点, 因此施工时, 在确定合理的施工段高、尽量缩短井帮暴露时间、延长井壁的拆模时间等, 要编制切实可行的施工措施, 以保证施工安全和井壁质量。
第四, 内壁施工采用滑模套壁施工。为保证井壁质量, 应掌握好滑升速度, 滑升过快, 井壁尚未初凝, 易造成砼表面下坠打皱, 甚至局部塌落露筋;反之则脱模困难。
2 冻结井施工井筒防结冰
冻结井筒随着井筒掘砌深度和冻结时间的增加, 井筒内的空气温度也会随着下降, 最低可达- 10℃~- 15℃, 造成井壁和提升稳绳结冰, 增加立井防坠安全管理的难度和妨碍提升滑架的正常运行, 严重时滑架受阻与吊桶间距达到100m以上。然后突然下降, 给安全生产带来巨大威胁, 同时恶劣的劳动环境也会影响施工人员的身心健康。于是我们采用在固定盘上方安设远红外线电发热板的方法解决这个问题。
在固定盘上方均匀安设24 组远红外线电发热板, 每组2 块, 每块功率2k W, 远红外线电发热板通电后发出的热量使其附近的井筒空气温度上升, 开动抽风机热空气就会沿着井筒向下流动, 使整个井筒内的空气温度上升。该方法在某矿回风井井筒冻结段施工时试验成功, 并在该矿主、副、风三井井筒的冻结段施工中得以推广使用, 有效地提高了井筒内的空气温度, 消除了坠冰的重大安全隐患, 改善了井筒内的工作环境。
3 冻结井筒施工脱水防冻
立井冻结法施工随着井筒掘砌深度的增加、冻结时间的加长, 井筒内的空气温度也会随之下降, 最低可达- 10~- 15℃, 这就会使掘进的主要动力———压缩空气内所含水结冰, 轻则影响风动工具的正常运转, 降低劳动效率, 重则将整个压风管冻实, 需拆除化冰, 严重影响施工进度和施工安全。为了解决压风冻结的难题, 我们将从压风机房出来的压风干管通过冷冻沟槽, 再向井下供风, 较好地解决了压风冻结的问题。
参考文献
[1]东兆星, 吴士良.井巷工程[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2009.
[2]吕建青.井巷工程[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2009.
[3]胡湘宏.巷道施工技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2014.
李粮店煤矿井筒冻结造孔工艺技术 篇6
李粮店煤矿设计生产能力240万t/a, 采用主、副、风3个立井开拓, 主、副井筒净直径分别为Ø6.5 m、Ø5.0 m, 井筒深度分别为780.5, 755.5 m, 主、副井布置在同一工业广场内。为保证立井开拓施工中安全生产, 井筒需冻结最大深度分别为800, 772 m, 入岩深度分别为320, 310 m。
1 钻孔质量要求与地质条件
(1) 冻结孔的质量要求。
①偏斜率 (位移与井深比) 及向内偏值 (向主井中心方向偏值) 。Q+N层段:外、中圈孔直径≤600 mm, 内圈孔直径≤300 mm, 防片帮孔直径≤300 mm, 偏斜率≤0.002, 偏斜限值≤0.80 m;基岩层段:中外圈孔直径≤700 mm, 偏斜率≤0.004, 偏斜限值≤1.00 m。300 m以下按靶半径控制。②孔间距。主副井外圈冻结孔间距≤2.5 m, 基岩相邻两深孔最大孔间距≤4.7 m。
(2) 地质条件。
①含水层。新生界松散潜水含水层由粉砂、细砂、中砂、粗砂和砾石等组成。砂层和砾石层为主要含水层, 位于新生界地层中上部, 厚度一般在10～20 m, 最厚达23.45 m, 单位涌水量为0.605 L/ (s·m) 。基岩风化带裂隙承压含水层厚29.00, 37.09 m, 富水性差, 涌水量2.9 m3/h。②工程地质条件。新生界松散地层厚约480 m, 由黏土、砂质黏土和砂、砾石组成, 松散—弱胶结, 属Ⅴ类不稳定地层, 力学强度低, 在井筒开凿和造孔钻进过程中易软化膨胀, 引起井壁凸裂, 扩径、缩径, 井筒围岩压力大, 使井壁失稳坍塌。基岩风化带厚29 m, 岩性为二叠系下统砂岩、砂质泥岩, 岩石破碎, 颜色变浅, 轻击即碎, 属Ⅳ类散块状弱稳定岩层。基岩是二叠系下统的沉积碎屑含煤岩系和石炭系海陆交互相的含煤岩系, 由泥岩、砂岩、石灰岩组成。中厚层状层理, 节理裂隙较发育。属Ⅳ类弱稳定岩层。
2 施工顺序
2.1 钻场施工顺序
三七灰土基础—找平, 预留孔位及泥浆循环槽—混凝土基础浇灌并找平—安装。为保证钻塔整体移动的稳定性, 扩大承载面积, 采用C30混凝土结构基础。整个钻场水平误差不超过±5 mm, 混凝土厚为400～500 mm。在三七灰土基底预留钻孔孔口位置及泥浆循环槽。灌C30等级强度混凝土时采用ZW-2.2型平板式混凝土捣振器捣密实。为使钻机整体移动方便, 在混凝土盘外围10 m均匀布置施工12个5 t地锚。
2.2 钻机安装顺序
滑动底盘→钻机、电机→钻塔→找平→找正固定→试车运转→检查验收。
3 造孔设备机具的选择与安装
(1) 造孔主要设备。
TSJ-2000E型钻机6台, JDT-VA型陀螺测斜仪定向仪2套 (100 m以深使用) , 光学对点仪2套 (0～100 m使用) 。
(2) 钻具组合[1]。
钻具要具有较好的导向性、垂直性、稳定性, 要求具备粗、重、刚、直、长的特点;钻铤长度、数量要符合钻压上减下加压和有利导正的钻进要求, 钻具组合整体呈宝塔状, 连接后有较好的垂直性和同心度。①钻进钻具组合:Ø190 mm钻头+Ø159 mm钻铤+Ø89 mm钻杆+立轴。②定向钻进钻具组合:Ø190 mm钻头+螺杆钻具+Ø89 mm钻杆+立轴。要求:钻杆、钻铤内径要保证陀螺测斜仪在钻具内能跟管测斜。
(3) 设备安装。
设备安装要求周正、水平、稳固;天车、主轴、孔口中心要呈三点一线;影响钻孔垂直度的设备、部位要及时更换, 安装后要严格复查。
4 钻孔布置
根据《李粮店煤矿主副井筒冻结造孔工程设计》要求, 主井井筒共布置外圈冻结孔42个, 布置直径18 m;中圈冻结孔14个, 布置直径13 m;内圈冻结孔14个, 布置直径为9.8 m/11.5 m;测温孔4个, 水文孔3个 (图1) 。
5 钻孔施工控制
5.1 开孔
开孔是保证钻孔质量和垂直度的关键。为保证钻孔垂直度, 要在混凝土基础上预留钻孔槽内开孔, 立轴要直, 不宜太长, 机上余尺不宜太多, 开孔钻进过程中要轻压、慢转, 适当水量为宜, 随钻孔加深, 粗径钻具逐渐加长、匀速渐进。
5.2 钻进参数选择
根据地层、钻进情况合理选择钻进参数, 砂层要中转速快给进, 黏土层中转速慢给进, 大泵量, 防止钻进时泥皮包钻头;基岩段适当加大钻压、低钻速, 钻铤质量控制在孔内钻具质量的75%～80%, 采用悬吊式钻进。钻进参数的选择见表1。
5.3 钻孔的防斜、测斜和纠斜
钻孔垂直度是保证钻孔质量的关键, 要从各个环节严格控制, 使钻孔偏斜率控制在要求之内。
(1) 防斜。
确保钻孔垂直度要遵循“以防为主、纠偏为辅、钻程严控”的原则, 严把设备检修安装质量关, 把好开孔关、钻具组合关, 把好换层操作关。岩层由软变硬时, 压力要适当减轻, 转速降低;岩层由硬变软时, 压力减小至正常值的1/3～2/3为好。增强责任心, 严格按要求施工, 同时加大工程技术监督力度。
(2) 测斜。
测斜是掌握钻孔偏斜和钻孔轨迹的重要手段, 要按设计要求及时测斜, 复杂地层加密测斜点。测斜方法是0～100 m采用灯光对点测斜仪测斜;100 m以深采用陀螺测斜仪测斜。要求30～50 m测斜1次, 发现轨道偏差超限, 立即采取措施。
(3) 纠斜。
在浅孔新近系、第四系地层中纠斜一般采用传统方法, 垫、移、扫孔、扩孔等方法纠斜。一般遵循“正推反垫”的方法, 在井深小于300 m的表土层, 孔斜小于0.2°, 闭合方位一定时, 可采用改变方位、位移, 根据三角形的勾股定理和相似三角形原理确定移、垫钻塔方向及距离。在钻孔较深和基岩段可采用螺杆定向纠斜。①要根据所测的数据准确定向, 选择合适的钻具和喷嘴, 螺杆钻具要在孔口试运转正常后再下入孔内, 充分调整泥浆性能, 含砂量要小于1%。②安装防反转器, 防止定向钻具在钻进中转动。定向钻进中加压、送钻要均匀, 定向钻进8～10 m后, 换正常钻具并测斜。③了解定向孔的方位、顶角变化情况和纠斜效果, 直至轨道在偏差要求范围内, 方可转入正常钻进。
6 泥浆系统和泥浆冲洗液
(1) 泥浆系统。
泥浆站和泥浆池集中在一起, 泥浆池及泥浆槽均用砖砌成, 泥浆循环槽长度不得少于55 m, 且中间设沉淀池。由于每台钻机在同一时间钻进不同地层, 而对泥浆性能要求也不相同, 因此每台钻机除新浆池、清水池、泥浆搅拌机共用外, 应具有独立的泥浆系统, 以免影响正常安全生产工作和进度。
(2) 冲洗液。
要根据井检孔地层柱状图中的岩性, 合理调配不同性能的化学泥浆, 保护好孔壁。全孔要求是黏度低、失水量小, 含砂量小, 流变性能好, 护壁能力强。一般选择“双聚”泥浆或优质化学泥浆, 维持钻孔平衡系统的建立和切实起到防坍塌掉块的作用, 保证孔壁稳定。在螺杆钻具钻进施工中, 泥浆的含砂量一定不能大于1%。新生界地层冲洗液配方为水+膨润土+Na2CO3+HPAN+PHP+KHM=960+30+2+3 (10%浓度) +4～6 (1%浓度) +适量;基岩层冲洗液配方为水+膨润土+Na2CO3+HPAN+PHP+KHM=960+35+3+5 (10%浓度) +5～8 (1%浓度) +适量。泥浆性能指标见表2。
7 冻结管下放、焊接、验收
(1) 冻结管下放。
①冻结管使用20#低碳流体无缝钢管, 要符合GB 8163—1999要求。②冻结管要用同径加长管 (8 m以上) 顺孔。下管前要检查冻结管质量, 严禁弯曲、变形或有表皮凹凸和陷缝等其他问题的管子下入孔内。下管前要对下入孔内的管子准确丈量、编号、排队, 准确记录。③下管前必须冲孔, 调整好优质化学泥浆, 若管子下放遇阻, 先用人力扭转, 再提起缓冲, 严禁加压过猛或高速向下猛冲, 以免损坏管箍和底锥。
(2) 冻结管焊接。
冻结管采用内衬箍连接, 应在地面打坡角38°坡口;使用上焊J422低碳钢焊条, 焊缝应饱满无砂眼、焊渣, 焊接完成冷却6 min后方可下入钻孔。因钻孔失水量较大, 易产生缩径, 故要求焊接速度较快, 采取2人同时对焊, 焊接过程不得停顿, 焊接工人分班不分时。
(3) 冻结管验收。
冻结管下好后, 应对深度、压力、偏斜进行验收, 发现问题及时处理。冻结管验收合格后要焊管口盖板试压嘴。
8 结语
(1) 加强职工业务素质培训, 提高操作技能和上钻前技术交底, 保证其按要求施工。
(2) 冻结孔垂直度要求甚严, 终孔间距是最终结果, 要保证相邻孔间距和径向间距。所以要每30 m测斜1次, 复杂地层、煤层加密测点, 正确估算其轨迹发展趋势并及时处理。①浅孔纠斜采用“正推反垫”方法, 要做到定性定量准确, 利用三角形勾股定理和相似三角形原理正确计算移动钻塔的方向、距离和垫钻塔的高低差值。②深孔螺杆定向时, 要做到定向准确, 估算正确的反力矩, 以免影响钻效, 导致轨迹向相反方向发展。
(3) 重视泥浆的护壁作用和维持孔内平衡, 防止钻孔坍塌埋钻现象发生。
参考文献
浅谈朱集西矿井风井井筒冻结工程 篇7
关键词：矿井,井筒,水文孔,冻结壁
1 工程概述
朱集西煤矿位于安徽省淮南市潘集区贺疃乡境内隶属皖北煤电集团,该矿井年设计生产能力为400万t/年,采用立井多水平开拓方式,工业场地内布置有主井、副井、回风井和矸石井4个井筒,其中风井井筒设计直径为7.5 m,井深为893.2 m,冻结深度为532 m。
2 水文孔的设计
该井筒布置三个水文孔,均为单层报导,设计深度分别为:38 m/73 m/382 m,实际施工中根据地质柱状图结合冻结孔施工过程分析,三个水文孔的实际深度为38 m/77 m/321.4 m,报导深度分别为:-35.5 m~-22.2 m/-75 m~-67 m/-320.9 m~-295.5 m。
3 水文孔水位变化情况
冷冻站于2009年4月30日开机运转,水文1号孔于2009年6月12日冒水,历时44 d;水文2号孔于6月15日冒水,历时47 d;水文3号孔水位在7月1日大幅度的上升,但随后两天趋于缓慢上升,最高上升至-2.94 m,7月4日水位开始下降,随后在-3.06 m处徘徊。
4 具体分析
3号水文孔水位的大幅上升—缓慢上升—下降,这一不正常的现象,项目部立即召开技术研讨会,针对出现这一现象进行分析并做出如下假说:1)冻结壁帷幕没有形成。2)水文管在-3.06 m处因焊接质量问题有渗漏。3)冻结壁交圈后,水位迅速上升后,报导层所受压力增大导致冻结壁被击破。
立即对冻结壁帷幕进行计算,水文孔报导范围中排孔的最大孔间距2.2 m(已经考虑冻结管偏斜),截止到2009年7月4日,冻结天数为66 d,当天2号测温孔在水位报导层的温度为-5.2℃,测温孔离冻结器的距离为1.02 m。根据经验公式计算中圈冻结壁的发展半径为1.32 m。根据计算中圈冻结壁的发展半径为1.55 m。中排孔最大孔间距2.2 m,进而推断假说1)不成立。
假如水文管在-3 m处上下有渗漏。我们对水3的下管资料进行查阅,发现在-3.15 m处的确有一处管子箍,我们怀疑此处在焊接的过程中,因电焊工疏忽有可能焊接质量不过关,随即我们组织人员制作止浆塞,见图1。止浆塞下放低于-3.15 m处管子箍,使水从止浆塞的导水管中冒上来,止浆塞下放完毕,测出水位-3.04 m(从导水管内测),过2 h,水位依然是-3.04 m没有变化,若是管子箍焊接有问题,则水文孔内的水将会从止浆塞的导水管中导出,结果水位没有变化,则证明假说2)不成立。
假如冻结壁被击破,导致水文孔水位下降,从我们的检测数据得知,7月1日水位从迅速上升到缓慢上升到停止,最后到下降,下降的幅度不到2 cm/h,说明即使冻结壁被击破,裂隙也很小。要让水文孔早日冒水,只有让裂隙尽快恢复。冻结帷幕交圈后,井筒内的水受井筒冻结产生的冻胀力挤压,这部分压力将从水文管内向外释放,即水文孔内的水位上升。冻胀力的大小不小于水位升高产生的压力时,水位会加速或匀速上升,受外界影响,当冻土向内发展减缓,即冻胀力的大小小于水位迅速上升产生的压力时,水位上升的速度就会减小,此时水位依然在上升(相当于加速度越来越小的加速运动),水位的上升使二者的压力差增大,当压力差大于冻结壁承受的压力时,冻结壁将被击破。为了减小因水位升高产生的压力,我们采用人为的办法降低水位,用自吸泵把水文管内的水抽到管外,相当于将水文管内的压力释放出去,这样更有利于冻土向内侧发展,加快冻结帷幕的形成,使水位管早日冒水。7月4日我们从水文管内抽水三次(见表1)。
从表1内水位数据我们分析得知,在抽水过程中每次随时间延续水位上升速度减缓,如果水文管渗漏,管内的水位上升应该是几乎匀速。这也进一步证明水文管渗漏的假说是不成立的。
抽水过后,从7月5日19:30水文孔水位持续下降一直到7月11日,水位从2.96 m降至4.95 m。水位下降的幅度比抽水试验前大,这一结果与我们预期的截然相反,带着疑问我们查阅该地区周围矿井施工记录,冻结井筒水文孔都不同程度出现冒水延时,且报导的层位基本相同,我们做一个大胆的推测,该层位富水量不丰富,随即组织人员向水文孔内注水。注水试验见表2。
从上面两次注水数据我们不难看出,相同的时间内第二次注满水位下降速度比第一次减缓。7月13日,我们对水文管水位进行观测,频率每两小时一次,下午14:00水位降至6.09 m,随后发现水位向上波动,14日6:00水位6.02 m,15日,16日水位开始持续上升,17日22:02,3号水文孔成功冒水。
经过一番处理水文3号孔终于冒水了,这一处理结果不仅为我们这个工程挣得工期,更重要的是它为我们再施工此地区的矿井积累了宝贵的经验。如果不对水文孔处理,只是一味等待,或许也能冒水,这将势必给后续井筒掘砌施工带来更大的困难(下部冻土入荒量增大),增加建井成本,延长建井周期。
5 结语
水文孔冒水标志着井筒冻结壁交圈,它是冻结工程中的节点工程。水文孔的冒水时间一般直接决定了冻结井筒的试挖时间,这影响整个冻结井筒的施工工期,所以水文孔及时冒水意义重大。如果水文孔不能及时冒水时,只要视具体情况分析,采取有效的办法,相信胜利就在前方。
参考文献
井筒冻结设计 篇8
龙固北风井设计净6.0 m, 总深度746 m, 所要穿过的冲积层厚度为675 m, 采用冻结法施工, 冻结深度730 m, 双层井壁。施工采用现场浇筑钢筋混凝土复合井壁, 设计混凝土强度分别为C30, C40, C50, C60, C70, CF80。内壁和外壁在580 m后均采用了钢纤维混凝土CF80。
2 CF80混凝土原材料控制
2.1 高性能钢纤维混凝土原料的要求
对高性能钢纤维混凝土的基本要求是具有高强、高耐久性和良好的工作性, 因此对原材料的要求较高, 配制的一般途径是:采用高强度等级水泥、低水胶比、高效减水剂、优质的骨料和矿物掺合料。1) 水泥。水泥品种优先选用硅酸盐和普通硅酸盐水泥, 水泥标号在52.5以上。水泥颗粒的比表面积、颗粒形状、密度及颗粒级配等对水泥浆体的流动性影响很大, 要求水泥颗粒级配适当, 以利于获得良好的工作性, 提高混凝土结构的施工振捣质量, 一般控制3μm~30μm的颗粒占90%以上, 而小于10μm的不超过10%。水泥的用量不应大于500 kg/m3, 胶凝材料的总量不宜超过620 kg/m3。2) 粗骨料。石子粒径以5 mm~20 mm为主, 表面洁净, 级配合理, 空隙率尽可能低, 这样达到相同流动性时, 水泥浆的用量少, 混凝土结构的自收缩变形小, 水化热量低, 体积稳定性好, 对强度和耐久性有利;针片状颗粒含量直接影响到混凝土的强度和体积稳定性, 其针片状含量应控制在5%以内;含泥量控制在0.5%以内, 泥块含量控制在0.2%以内。3) 细骨料。高性能混凝土的细骨料优先选用细度模数中等偏粗的天然河砂, 细度模数在2.6~3.4之间, 细度模数在3.0左右时, 混凝土的工作性最好, 抗压强度最高。砂率是混凝土配合比设计中的一个重要参数。4) 矿物细掺料。矿物细掺料以磨细矿渣、粉煤灰、硅粉及其他复合掺料为主, 具有降低混凝土温升、改善工作性、增进后期强度的作用, 并可以改善混凝土的内部结构, 提高混凝土结构的稳定性和耐久性。5) 高效减水剂。高效减水剂在混凝土中有三个作用:a.改善混凝土的施工工作性;b.减小水灰比, 提高混凝土的强度和耐久性;c.节约水泥, 减小混凝土的早期缺陷。高效减水剂是高性能混凝土不可或缺的组分。6) 水。高性能混凝土的拌合和养护用水, 必须符合现行有关规范的规定。7) 钢纤维。选用的钢纤维必须满足JG/T 3064—1999钢纤维混凝土要求 (抗拉强度≥拉强度≥-19, 弯折性能>90%保证率, 表面有害杂质<1%) 。
2.2 龙固北风井外层冻结井壁CF80混凝土原材料选择
作为高强度混凝土, 其在生产、施工过程中的主要工序, 拌合物的坍落度、凝结时间、混凝土强度, 是混凝土质量控制的关键所在。因此除制定完整的质量管理组织体系, 明确各自的岗位职责外, 还应加强原材料的控制、生产工艺的保证、施工工艺的落实, 保证高强混凝土满足要求。
根据有关规范及CECS 104∶99高强混凝土结构技术规程的要求, 所使用的原材料必须按照以下标准进行控制。
3 冻结井壁高性能钢纤维混凝土施工技术
3.1 高性能钢纤维混凝土的搅拌工艺
1) 龙固煤矿北风井在深度580 m以下外层井壁使用钢纤维为佳密克丝钢纤维, 钢纤维间通过水溶性材料粘结成排, 遇水后即能够分散。由于佳密克丝钢纤维为端勾状, 为防止钢纤维搅拌时间长而发生结团现象, 其投放时间应与加水保持同步。
钢纤维混凝土搅拌工艺流程如下:a.先加入石子、砂与钢纤维, 开动强制式搅拌机, 钢纤维应尽量均匀添加, 避免钢纤维大体积堆放, 搅拌30 s;b.加入胶凝材料 (水泥与矿物掺合料) , 搅拌30 s~60 s;c.注入水, 继续搅拌3 min~4 min, 搅拌时间视混凝土流动性而定;d.出料。
2) 原材料计量应准确, 严格按照设计的配合比称量, 其允许偏差符合以下规定:a.胶凝材料 (水泥, 矿物添加剂等) ±1%;b.化学外加剂 (高效减水剂、其他化学外加剂) ±1%;c.粗、细骨料±2%;d.拌合用水±1%;e.钢纤维±2%。
3) 各种原材料经过计量后按次序投入搅拌机, 应派专人负责投料监督, 防止投料时遗撒, 尤其是化学外加剂和水从料斗中流出。
4) 水胶比对高性能混凝土强度的影响十分明显, 因此拌合用水的计量应准确。在搅拌加料过程中, 应严格测定粗、细骨料的含水量, 宜每班抽测两次。使用露天堆放的骨料时, 应随时根据其含水量变化来调整施工拌合用水量。
5) 每次搅拌第一盘混凝土时, 应加大胶凝材料、砂用量5%~10%, 水胶比保持不变, 以便搅拌机挂浆。
6) 为防止钢纤维结团, 搅拌机的一次搅拌量不宜大于其额定搅拌量的80%。
3.2 高性能钢纤维混凝土井壁的浇筑与振捣
1) 在浇筑混凝土前, 模板及钢筋间的所有杂物必须清理干净, 检查井壁配筋是否绑扎良好, 并检查模板支撑的稳定性和接缝的密合情况, 保证模板在井壁浇筑过程中不失稳、不漏浆。
2) 井壁混凝土的入模温度应控制在15℃~20℃, 既保证了混凝土早期快速水化, 以达到早期强度增加的目的, 同时也控制了井壁内部的温度最大值。
3) 钢纤维混凝土的浇筑方法应保证钢纤维的分布均匀性和井壁结构的连续性, 在浇筑施工中不得中断, 从搅拌机卸出到浇筑完毕时间不宜超过20 min, 同时严禁因拌合料干涩而加水。
4) 振捣时间宜按照混凝土稠度和振捣部位等不同情况, 控制在10 s~30 s, 当混凝土拌合物表面出现泛浆, 基本无气泡逸出时, 可视为捣实。操作时要注意快插慢拔。
5) 在振捣时, 由于高性能钢纤维混凝土粘度大, 内部杂乱地分布着钢纤维, 振捣棒插入困难, 应当密切关注、避免振捣不到位、振捣不足或过振的情况发生;采用高频振动器振捣, 每次浇筑一层振捣一层, 务必做到垂直点振, 不得平拉。
4 结语
通过该工程, 我方积累了相当成熟的高强高性能钢纤维混凝土制作及应用经验。在这种高强高性能混凝土中添加钢纤维后, 不仅可以提高混凝土的抗拉、抗折、抗剪强度, 而且可以提高阻裂性能, 能有效的避免高强高性能混凝土水化热所带来的井壁开裂或出现环形缝等问题。高强高性能钢纤维混凝土施工方法简单, 综合性能优良, 是一项十分值得推广的技术。
摘要：针对龙固北风井工程中冲积层厚、井壁面临地压大、地质条件复杂的难题, 施工设计采用CF80高强高性能钢纤维混凝土, 主要对高性能钢纤维混凝土搅拌、浇筑、振捣等施工技术进行了阐述, 以促进其推广应用。
关键词：混凝土,高强高性能,钢纤维,冻结井壁
参考文献
[1]CECS 207∶2006, 高性能混凝土应用技术规范[S].
[2]赵国藩, 王璋水, 黄承逵.钢纤维混凝土[M].北京:中国标准出版社, 1999:2-5.
[3]陈肇元, 蔡绍怀, 朱金铨, 等.高强混凝土结构技术规范[M].北京:标准出版社, 1999:42-49.