风井冻结施工组织设计

XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计目录1工程概况41.1矿井概况41.2气候、气象与地震51.3井筒主要技术特征52井筒地质特征62.1井筒工程地质特征62.2井筒水文地质特征112.3地层原始温度123冻结制冷方案设计133.1冻结深度设计133.2冻结壁厚和安全掘进段高设计133.3基本参数优化153.4冻结工艺设计213.5制冷工艺设计243.6冻结制冷设计主要技术指标273.7管材接连方式和打压试漏283.8测温孔及水文孔设计284冷冻站设计314.1冷冻站设计314.3清水系统施工设计364.4隔热层设计364.5冻结供电设计375施工计划及劳动组织415.1施工工期41具体内容详见《风井冻结工程进度计划表》415.2劳动组织416施工准备及总平面布置416.1四通一平416.2施工准备416.3施工总平面布置416.4大临设施4185 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计7冻结施工方法及施工工艺417.1冻结工程内容417.2冻结钻孔施工方法及工艺417.3冻结施工方法及工艺418冻结过程的监测与控制418.1冻结工程监测目的418.2监控内容及监控方案419冻结壁形成特性预测419.1冻结壁形成状况预测419.2主孔圈与辅助、防片孔圈之间的冻土交汇时间419.3冻结壁内侧冻土扩至井帮的时间419.4冻结壁外侧冻土扩展范围419.5井筒开挖时间预测419.6冻结壁形成预测4110.冻结施工主要措施及应急预案4110.1施工工期保证措施4110.2施工质量保证措施4110.3冻结孔充填施工工艺及主要措施4110.3.2施工主要技术措施4110.4施工安全保证措施4110.5工程易出事故的防范措施及应急预案4110.6冬雨季及防大风施工措施4110.7文明施工措施4110.8环境及职业安全健康管理措施41附表1主要施工机械设备表4185 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计南风井冻结设计参数表序号项目名称单位进风井回风井备注1冲积层埋深m344.38344.382井筒净直径mφ5.0φ5.03井壁厚度m1.1～1.41.1～1.44井筒掘砌荒径mφ7.3～7.95φ7.3～7.955冻结深度主圈孔m441.5/365419.5/365辅助孔m350350防片孔m2152156控制层位m344.38344.387控制层位地压MPa4.484.487控制层冻结壁厚度m6.0m6.0m冻结管到荒径距离m8冻结壁平均温度℃-15-15变径以上变径以下9冻结圈径主圈孔mφ17.6φ17.65.1504.825辅助孔mφ12.6φ12.62.6502.325防片孔mφ10.4φ10.41.5501.22510孔数主圈孔个4040冻结管规格200米以下φ159×6㎜，200米以上φ159×5㎜。供液管规格φ75×6㎜。辅助孔个1818防片孔个131311开孔间距主圈孔m1.3811.381辅助孔m2.1882.188防片孔m2.4892.48912冻结孔偏斜及最大孔间距m表土段钻孔偏斜率≤2‰，基岩段钻孔偏斜率≤3‰,向内最大偏值为0.4m,但防片孔不许向内（井心方向）偏斜；最大孔间距表土段：主圈孔≤1.8m，基岩段≤2.4m，长腿孔间距≤3.5m.辅助孔、防片孔按偏斜要求；13测温孔m/个441.5/2、360/1419.5/2、360/1规格φ89×5㎜14水文孔m/个179/1179/1水文管φ108×515钻孔工程量m26647261635281016井筒需冷量104Kcal/h314.9309.417冻结站标准制冷量1020100218盐水温度℃-25～-32工期d3303251造孔d7372每井5台钻机，单台进尺2200m/月2地沟槽d10103开机至试挖d75754试挖至开挖d1515试挖20m5开挖至停机d157153要求成井80m/月，外壁进尺104m/月85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计1工程概况1.1矿井概况XX集团XX井田位于河南省XX市西南，北邻城郊井田，南与安徽省接壤。行政区划属双桥、XX、马桥三乡管辖，其地理坐标为东经116°13′34″~116°18′07″，北纬33°47′21″~33°53′58″。本井田处于华北平原与黄淮冲积平原的交接部位，地势平坦，自西北向东南略有倾斜，地面标高一般在+31～+33m，相对高差2m左右。井田中部的XX乡距XX市区16km，东北距陇海、津浦线交汇站徐州市118km，北距陇海铁路商丘站114km，西距京九铁路亳州站80km。东距徐（州）阜（阳）铁路的百善站48km。矿区铁路专用线已投入运营；永（城）涡（阳）公路纵贯井田，乡村道路四通八达，交通方便（详见图1-1）。该矿井设计生产能力1.2Mt/a，服务年限56.6年。井田地质储量16405万吨，可采储量9515.2万吨。矿井设计采用立井单水平上下山开拓，当前开采水平标高为-550m，-550m水平轨道运输大巷和胶带运输大巷布置于煤层顶板岩石中。XX井田交通位置图图1-185 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计1.2气候、气象与地震本井田属暖温带季风气候区，冬季寒冷雨雪少，春季干旱风沙多，夏季炎热，雨量充沛，秋季晴和，日照充足。年平均气温在14℃左右，年平均降水量850.65mm，年平均蒸发量1742mm。蒸发量大于降水量2.1倍左右。降水多集中在7~9月。降雪及冰冻期为每年11月初至翌年3月，最大冻土深度0.21m。地震：XX县境内自有史料记载以来，没有4.7级以上地震的震中分布，但本区地处华北地台东南边缘，靠近郯卢断裂地震活动带，受邻区地震影响比较频繁，最大地震烈度为六度。1.3井筒主要技术特征地面自然标高为+31.5m，井口标高为+34.5m，表土层厚度340m，进风井深419.5m，落底标高为-385m水平，位于煤层顶板，距二2煤层10m；回风井深409.5m，落底标高为-375m水平，位于煤层顶板，距二2煤层10m。详情见表1—1井筒主要技术特征表表1－1序号名称单位南翼进风井南翼回风井1井口坐标纬距×m3743807.0003743737.000经距Ym39430617.00039430671.0002井口标高m+34.5+34.53井筒深度m419.5409.54井筒直径净m5.05.0掘进170m以上m7.307.30170m以下m7.95/7.8/6.27.95/7.8/6.25砌壁厚度170m以上m1.101.10170m以下m1.4/0.61.4/0.6材料冻结段钢筋砼钢筋砼基岩段钢筋砼钢筋砼6表土层厚度m344.38344.387冻结深度m441.5419.58井筒装备梯子间、压风管、注浆管85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计2井筒地质特征2.1井筒工程地质特征XX煤矿所处井田区为全掩盖区，其基岩地层均隐伏于新生界地层之下，新生界地层厚度为344.38m（根据井检钻孔实际揭露）。井检钻孔的地层由新到老穿见有：第四系全新统（Q4）及更新统（Q1-3）、新近系上新统(N2)、中新统(N1)、二叠系下统山西组（P1s）、石炭系上统太原组（C3t）。现分述如下：1、第四系（Q）①全新统（Q4）：厚31.77m，顶部为耕植土，中上部为黄褐色、褐灰色砂质粘土和杂色粘土，底部为褐黄色砂质粘土，局部含泥质及钙质结核。含大量姜结石和小砾石。②更新统（Q1-3）：厚100.10m，上部为杂色粘土、亚粘土，中下部为砾石及棕黄色～黄褐色粘土、砂质粘土夹多层黄色细砂及中砂层。底部为黄褐色～灰褐色细砂和砂质粘土。砾石层砾径范围为5～30mm左右，分选较差。本层穿见砂层3层，共计7.91m。与下伏地层平行不整合接触2、新近系（N）①上新统（N2）：厚68.99m，由土黄、灰黄、灰绿色亚粘土，粘土组成，夹黄棕色亚砂土、细砂层透镜体。粘土层较厚可塑性强。本层穿见砂层2层，共计27.60m。与下伏地层平行不整合接触。②中新统（N1）：厚143.52m，上部由灰黄、棕黄、土黄色中-细粒砂层、灰黄、土黄、灰绿色亚粘土，粘土组成，含铝土质。下部以黄、灰绿色粘土为主，含铝土质和石膏晶体，夹细砂、粉砂质透镜体。底部发育一层灰白色钙质亚粘土，局部已成岩。与下伏地层不整合接触。3、二叠系下统山西组（P1s）本孔穿见山西组地层103.99m，由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、煤层及中-细粒砂岩组成。穿见煤层2层，分别为二2上煤层（厚2.48m）及二2煤层（2.16m）。二2煤层以上地层以砂岩为主，次为粉砂岩、砂质泥岩，上部见有含菱铁质鲕粒铝质泥岩。二2煤层以下地层以粉砂岩、砂质泥岩为主，二2煤层底板砂岩中多含菱铁质结核，且夹粉砂质、泥质条带，呈明显的水平及缓波状层理。与下伏太原组地层整合接触。基岩风化带处于山西组顶部，与新生界地层呈不整合接触，厚度为15.93m（伪厚），顶底板深度分别为344.38～360.31m，标高为-313.348～-329.278m，其岩性为主要为细粒砂岩、泥岩，局部夹砂质泥岩，厚层状，裂隙发育，岩芯完整度差，RQD值为41～74%。4、石炭系上统太原组（C2t）本孔揭露太原组地层18.80m。穿见L12灰岩（厚2.73m），其上为深灰色、灰黑色海相砂质泥岩（厚8.22m），以此海相泥岩顶界为太原组与山西组的分界。据以往资料显示，该组地层平均厚度138.87m，与下伏本溪组整合接触。详见井筒检查孔工程地质柱状图85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计井筒检查孔工程地质柱状图序号系统/组地层名称岩性描述层厚/m累计厚度/m1第四系Q全新统Q4无芯钻进。8.008.002黄土黄色、褐黄色，可见植物腐蚀物，中下部可见大量浆结石。岩芯较松散、破碎。3.3911.393粘土褐黄色、黄色，局部略含砂质，中上部可见浆结石小团块，岩芯粘性一般，较完整。20.3831.774砂质粘土灰黄色，含砂质不均匀，局部为粘土薄层，底部可见少量浆结石，上部岩芯较破碎。2.8434.615粘土灰黄色，局部可见少量深灰色腐蚀物，中上部含砂质。13.3147.926砂质粘土黄色、褐黄色，含砂质不均匀，局部含砂量较高，略含粘土质，岩芯较松散。全层岩芯较完整。4.7952.717粘土灰黄色，局部含砂质为砂质粘土，中下部可见少量浆结石。12.8265.538更新统Q1-3细砂黄色、灰黄色，略含泥质成分，偶见白云母碎片。砂粒颗粒较均匀，岩芯松散。1.9567.489粘土灰黄色，中上部含砂质为含砂质粘土，局部可见细小钙质团块，团块粘度不大，手捏即碎。上部岩芯较整状，底部岩芯松散、破碎。1.3568.8310细砂灰黄色，局部含泥质，砂粒颗粒较均匀，岩芯松散，手捏即碎。1.7070.5311粘土褐黄色，上部含少量砂质，中下部质纯，岩芯粘性较大，岩芯整状。16.3886.9112粘土褐黄色、灰黄色，含钙质团块及燧石结核，局部钙质含量较高，岩芯细腻致密。孔深94.18m-95.52m含少量砂质，为含砂质粘土。15.26102.1713细砂灰黄色，质纯，含少量泥质。偶见性点状白云母碎片，孔深103.50m处可见石英飘砾。岩芯松散，手捏即碎。4.26106.4314粘土灰黄色、褐黄色，局部可见钙质团块及燧石结核，底部含砂质，岩芯较完整。15.94122.3715砂质粘土褐黄色，局部灰白色，含砂质不均匀，局部泥质成分含量较高，岩芯致密完整。3.24125.6116粘土灰黄色，含铝土质成分，局部含钙质团块及砂质。岩芯细腻光滑，粘性较大。底部岩芯具挤压滑面。6.26131.8717细砂灰褐色、灰黄色，局部含泥质成分，砂粒颗粒较均匀，偶见白云母碎片，岩芯松散，手捏即碎。15.07146.9418粘土灰黄色，含铝土质成分，岩芯细腻光滑，粘性较大。局部可见大量钙质团块及砂质。孔深149.43m-149.57m处可见卵石薄层。岩芯整状。18.23165.1719砂质粘土灰黄色，局部含钙质呈灰白色，含砂质不均匀，局部粘土含量较高，顶部可见有钙质团块，岩芯较松散，底部含砂量渐增。0.90166.0785 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计20细砂灰黄色，局部含泥质，偶见白云母碎片，砂粒颗粒较均匀，顶部岩芯缺失严重，中下部岩芯松散，手捏即碎。12.53178.6021粘土灰绿色，顶部含砂质，岩芯致密光滑，粘性较大，顶部岩芯采取率偏低。底部岩芯可见挤压痕迹。22.26200.8622粘土灰绿色、灰黄色，含铝土质成分，岩芯细腻光滑，局部可见钙质结核，岩芯粘性较大，上部可见挤压痕迹。15.18216.0423砂质粘土灰黄色、灰绿色，局部可见直径约2mm砂砾，砂质含量不均匀，局部偏高。岩芯较整状。10.10226.1424新近系N上新统N2粘土灰绿色，局部褐黄色，偶含砂质，岩芯较致密、细腻光滑，粘性较大。岩芯较完整。26.62252.7625粘土褐黄色，夹少量灰绿斑，中下部可见大量石膏晶体，岩芯较松散，粘性不大。7.50260.2626粘土灰绿色，局部褐黄色，偶见钙质结核及燧石结核，中上部可见少量石膏晶体，局部偶含砂质。岩芯较完整，粘性较大。28.61288.8727砂质粘土褐黄色，夹少量灰绿斑，含砂量较均匀，可见钙质结核及锰质结核。岩芯致密完整，粘性较小。11.40300.2728粘土褐黄色，局部灰绿色，偶含砂质，粘性不大。局部岩芯破碎。31.86332.1329钙质粘土黄褐色，夹少量灰绿斑，含大量钙质物及砂粒，燧石结核。砾石呈半胶结状，砾石大小不一。岩芯硬度较大，俗称次生碳酸岩。中下部岩芯破碎，采取率偏低。底部铁质侵染呈褐黄色。12.25344.3830细粒砂岩灰黄色、褐黄色，中厚层状，成分以石英为主，夹少量白云母碎片，钙质、泥质胶结，次圆状，分选性较好，发育似平行层理及波状层理。偶见垂直裂隙，铁质侵染。岩芯风化严重，硬度偏低。RQD值为：42%。3.00347.3831泥岩灰色、灰黄色，厚层状，岩芯细腻光滑，含铝土质成分，中下部可见细小菱铁质鲕粒。偶见不规则裂隙，钙质物及铁质侵染。上部岩芯破碎。RQD值为：41%。4.03351.4132砂质泥岩浅灰色、灰黄色，厚层状，砂质含量不均匀，局部夹粉砂岩条带及泥岩条带。发育不规则裂隙，钙质及铁质侵染。RQD值为：74%。4.72356.1333粉砂岩浅灰色，局部灰黄色，厚层状，局部夹砂质泥岩条带，具不规则裂隙，钙质物充填，局部铁质侵染。RQD值为：43%。4.18360.3134中新统N1砂质泥岩灰色、局部略显暗紫色，厚层状，含砂质不均匀，局部为泥岩条带，偶含铝土质成分，顶部可见菱铁质鲕粒。含少量植物化石碎片。发育不规则裂隙，钙质物及钙质薄膜充填，局部铁质侵染。顶部岩芯破碎。RQD值为：50%。7.18367.4935粉砂岩灰色，厚层状、中厚层状，含少量植物化石碎片。具不规则裂隙，钙质物充填。岩芯整状。RQD值为：75%。1.06368.5536细粒砂岩2.64371.1985 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计灰色，厚层状、中厚层状，成分以石英为主，菱铁质岩屑呈定向排列，断面可见性点状白云母碎片，顶部颗粒较细，往下渐粗。钙质胶结，次圆状，分选性中等，中下部具垂直裂隙，钙质物及黄铁矿粉晶充填。498#～∠9°。RQD值为：66%。37砂质泥岩灰色，厚层状，含砂不均匀，局部夹粉砂岩薄层及泥岩条带，具不规则裂隙，裂隙面充填钙质物。RQD值为：84%。2.96374.1538细粒砂岩浅灰色，厚层状，成分以石英为主，岩屑次之，断面可见黄铁矿粉晶，钙质胶结，次圆状分选性较差，局部夹砂质泥岩条带。显示小型交错层理。具裂隙，隙面充填钙质薄膜。RQD值为：57%。1.44375.5939粉砂岩灰色，厚层状，颗粒不均匀，间夹砂质泥岩薄层，显示交错层理，底部0.20m颗粒渐粗，具裂隙，隙面充填钙质物。RQD值为：59%。5.05380.6440砂质泥岩灰色、浅灰色，中厚层状、厚层状，含砂不均匀，局部为泥岩薄层，底部含砂量渐增，中下部可见丰富的植物根部化石及植物化石碎片。发育不规则裂隙，钙质物及钙质薄膜充填。岩芯较完整。RQD值为：81%。5.96386.6041细粒砂岩浅灰色、灰色，中厚层状，成分以石英为主，少量铁质岩屑定向排列，层面可见丰富的植物茎部及叶部化石碎片，污手。钙质胶结，次圆状，分选性较好，发育缓波状层理及脉状层理。与下伏岩层明显接触。RQD值为：92%。1.95388.5542泥岩灰色，厚层状，含丰富的植物化石碎片，底部含砂质，具不规则裂隙，钙质薄膜充填，局部偶见黄铁矿粉晶充填。RQD值为：68%。2.43390.9843粉砂岩浅灰色、灰色，厚层状，局部夹砂质泥岩薄层，底部含砂量渐增，全层可见完整的植物叶部化石，叶脉清晰可见。与下伏岩层过渡接触。RQD值为：90%。2.62393.6044细粒砂岩灰色、灰白色，中厚层状、厚层状，成分以石英为主，岩屑次之，铁质颗粒呈定向排列，断面可见星点状白云母碎片，顶部夹深灰色粉砂岩条带，呈互层状。中下部可见不规则泥砾及砂质泥砾。底部层面可见碳质且污手。钙质胶结，次圆状，分选性中等-好。具波状层理、小型交错层理及似平形状层理。偶见裂隙，钙质薄膜充填。岩芯坚硬，致密完整。546#～∠8°。RQD值为：93%。13.06406.6645煤灰黑色，块状、碎块状，金属光泽、玻璃光泽，半亮型、光亮型煤。上部以块煤为主，中下部以粉末状及碎屑煤为主，发育内生裂隙，性脆，参差状断口。底部煤质变差。含夹矸一层。煤层结构：2.48=1.48（0.10泥岩）0.90；煤层采长：2.25=1.35（0.10泥岩）0.80。测井煤层止深：409.20m；厚度：2.45m。2.48409.1446泥岩灰色、灰黑色，厚层状、中厚层状，顶部可见植物根部化石，中下部含丰富的植物化石碎片及茎叶化石，叶脉清晰可见，岩芯含碳量较高，条痕呈深灰色，局部夹镜煤条带及炭质泥岩薄层。断面可见黄铁矿薄膜。岩芯较整状。RQD值为：93%。2.61411.7547煤2.16413.9185 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计二叠系下统山西组P1s灰黑色，块状，弱玻璃光泽，半亮型煤，具内生裂隙，参差状断口。局部煤质较差。测井煤层止深：414.05;厚度：2.35m。48粉砂岩灰色，厚层状，局部可见植物根部化石碎片及植物叶部、茎部化石碎片，偶见碳质面。岩芯整状。RQD值为：90%。1.44415.3549细粒砂岩灰色、浅灰色，中厚层状，成分以石英为主，长石岩屑次之，夹深灰色粉砂岩条带，呈互层状，层面可见少量碳质物及植物化石碎片，顶部可见少量粉砂质及泥质泥砾。钙质胶结，次圆状，分选性较好，发育缓波状层理及似平形状层理，顶部层理扰动剧烈，具不规则裂隙，钙质薄膜充填，局部可见黄铁矿粉晶，中下部岩芯破碎。RQD值为：72%。6.20421.5550粉砂岩灰色，中厚层状，局部可见细砂质团块及砂泥质条带。断面可见少量黄铁矿薄膜，偶见棕色云母碎片。具少量细小裂隙，钙质物充填，发育波状层理及似平形状层理。岩芯整状。579#～∠8.5°。RQD值为：91%。5.71427.2651砂质泥岩深灰色，厚层状，含大量植物化石碎片，见大量黄铁矿粉晶及条带，局部可见镜煤条带。含碳成分较高，具裂隙，隙面充填钙质物，含砂质不均匀，间夹粉砂岩薄层。岩芯破碎。RQD值为：54%。1.30428.5652粉砂岩灰色，厚层状，含少量植物化石碎片及黄铁矿粉晶，局部夹砂质泥岩条带，显示交错层理，具裂隙，隙面充填钙质薄膜。RQD值为：72%。2.70431.2653砂质泥岩深灰色，厚层状，含大量植物化石碎片，局部含碳量较高，条痕呈深灰色。局部夹粉砂岩薄层。偶见滑面，具裂隙，黄铁矿粉晶及钙质物充填。显示似平形状层理，断口平坦。#598～∠9°。RQD值为：61%。9.01440.2754细粒砂岩灰色，厚层状，成分以石英为主，岩屑次之，间夹砂质泥岩薄层，显示交错层理。次圆状、分选性较差，钙质胶结，具裂隙，隙面充填钙质薄膜及黄铁矿粉晶，下部颗粒渐细。RQD值为：65%。1.45441.7255粉砂岩灰色，厚层状，含少量白云母碎片，间夹泥岩条带，局部铁质含量较高，具裂隙，隙面充填钙质物。显示似平形状层理。610#～∠9°。RQD值为：57%。6.65448.3756砂质泥岩深灰色，厚层状，含砂质不均匀，局部夹粉砂岩薄层，下部可见大量黄铁矿结核。参差状断口，具裂隙，隙面充填钙质薄膜。RQD值为：82%。8.22456.5957灰岩灰色，含大量动物化石，见少量黄铁矿粉晶。预酸剧烈起泡，具裂隙，方解石脉充填，岩芯整状。RQD值为：38%。2.73459.3258砂质泥岩深灰色，厚层状，见大量黄铁矿粉晶及结核，含砂量不均匀，顶部夹细砂岩薄层，具裂隙，隙面充填钙质物。641#～∠10°。RQD值为：66%。1.37460.6959石炭系上统太原组C2t细粒砂岩灰色，厚层状，成分以石英为主，长石、岩屑次之，见大量泥质包体及砂泥岩条带，断面可见少量白云母碎片。分选中等，钙质胶结，显示波状交错层理。具裂隙，隙面充填碳屑及钙质物。RQD值为：69%。5.64466.3360砂质泥岩深灰色，厚层状，含砂质不均匀，局部夹粉砂岩薄层，下部岩芯破碎。参差状断口，具裂隙，隙面充填钙质薄膜。RQD值为：34%。0.84467.1785 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计2.2井筒水文地质特征2.2.1井田水文地质条件井田位于XX背斜西翼南段，北部与西部由F201、F203正断层组成隔水边界；南部F216正断层沿北西向延伸，成为良好的隔水边界；东界为露头地段，灰岩分布面积有限，上覆巨厚的新生界地层272.20～399.90m，平均厚度341.79m，新生界底部普遍发育Ⅳ-2隔水段，厚度一般在90～150m，有效阻隔了上部水的垂直下渗。本井田形成北、西、南三面封闭较好，上部受阻的独特水文地质特征。煤系下伏地层为太原组，含灰岩9～13层，基底为奥陶系石灰岩。按含水层岩性特征，地下水埋藏条件等，井田自上而下划分为十个含水层组，分别为：第四系全新统松散孔隙潜水含水组（I）、第四系上更新统松散孔隙承压水含水组（Ⅱ）、第四系中下更新统松散孔隙承压水含水层组（Ⅲ）、新近系上新统松散孔隙承压水含水层组（Ⅳ-1）、下石盒子组三22煤层顶板砂岩裂隙承压水含水层（Ⅴ）、山西组二2煤顶板砂岩裂隙承压水含水组（Ⅵ）、太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组（Ⅶ）、太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组（Ⅷ）、奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水组（Ⅸ）及燕山期岩浆岩裂隙接触带承压水含水组（Ⅹ）。含水层类型主要为孔隙潜水、承压含水层、裂隙承压水含水层及岩溶裂隙承压水含水层三种类型2.2.2井检孔层段主要含水层特征根据南风井井筒检查钻孔所获资料，现将其水文地质特征自上而下分述如下：（1）新生界孔隙含水层组本区位于淮河冲积平原，紧邻黄河冲积平原，沉积了厚层新生界松散沉积物，由于沉积物时代及成因不同，地层结构复杂，沉积重叠交错。南风井井筒检查孔穿见厚度344.38m，其中第四系(Q)层厚131.87m；新近系（N）厚度212.51m。该含水层组由粗、中、细粉砂和粘土、亚粘土、亚砂土组成，该组自上而下分为四个含水层：第四系全新统松散孔隙潜水含水层（I）:含水层由粘土质砂及粉细砂层组成，埋深一般在20～26m，砂层较发育，单位涌水量0.90～2.17l/s.m，渗透系数9.40～11.99m/d，水位埋深及变化幅度受大气降水控制，循环交替条件较好，矿化度0.3～0.6g/l，水质类型为HCO3～CaNaMg型，属强含水层，是当前民用及农田灌溉主要水源。第四系上更新统松散孔隙承压水含水层组（Ⅱ）：含水层以细、中砂为主，其间有粘土或亚粘土沉积，总厚51m左右，其中砂层平均厚度29.88m，单位涌水量0.705l/s.m，渗透系数2.71m/d，水位标高29.42m，矿化度0.573g/l，水质类型为HCO3～Na型，属中等含水层，是场矿单位的主要供水目的层。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计第四系中下更新统松散孔隙承压水含水层组（Ⅲ）：含水层由粉细砂、粘土质砂组成，粘土层较发育，总厚度58m左右，砂层平均厚度18.64m，砂层单层厚度小，稳定性差。单位涌水量0.283l/s.m，渗透系数1.56m/d，水位标高30.46m，矿化度1.202g/l，水质类型为HCO3SO4Cl～Na型，属中等含水层。新近系上新统松散孔隙承压水含水层组（Ⅳ-1）：含水层主要由细砂、中砂及粉砂组成，粘土层发育较差。总厚度74m左右。砂层平均厚度41.63m，砂层单层厚度较大，分布稳定。单位涌水量0.378l/s.m，渗透系数1.10m/d，水位标高31.35m，矿化度0.942g/l，水质类型为HCO3SO4～Na型，属中等含水层。为一良好的供水目的层。由于本次井检孔未对新生界地层进行抽水试验，上述内容借鉴于以往地质勘探报告。(2）山西组二2煤层顶板砂岩裂隙承压水含水组（Ⅵ）井检孔揭露基岩顶界面与二2煤层顶板厚度为62.28m，埋藏深度分别为344.38～406.66m，标高为-313.348～-375.628m。顶部基岩强风化带厚度为15.93m(伪厚)，上部强风化带裂隙发育，岩芯破碎；下部弱风化带随深度增加，裂隙发育程度逐渐减弱，裂隙多被上部松散物所充填。钻进过程中简易水文观测未发现有明显消耗。基岩顶界面距二2煤层顶板厚度仅为62.28m，故本次对基岩风氧化带含水层和二2煤层顶板砂岩裂隙承压水含水层组采用了混合抽水试验，其抽水试验结果：单位涌水量0.00576l/s.m，渗透系数0.02895m／d，水位标高-31.818m，矿化度1259mg/l，硬度287.67mg/l，pH值7.94，水质为HCO3SO4Cl～Na型，反映了该含水层渗透性差、富水性弱的特点。井筒涌水量预计为8.42m3/h。2.3地层原始温度依据设计要求，本孔进行了近似稳态测温。钻孔落底井温为29.2℃，煤层附近岩温约为28.00℃。根据测温成果计算，XX煤矿南风井井检孔地温梯度约为2.87℃/100m，无地温异常。近似稳态测温成果详见表2-1测温成果表表2-1点号孔深（m）温度（℃）点号孔深（m）温度（℃）点号孔深（m）温度（℃）1019.11120023.22140027.722021.31222023.92242028.534021.31324024.72344028.946021.71426025.12446029.258021.71528024.82546529.2610022.01630025.6712022.51732026.2814022.71834026.5916023.11936026.71018023.12038027.285 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计3冻结制冷方案设计3.1冻结深度设计设计依据(1)《煤矿井巷工程施工规范》第5.2.2条的规定：立井井筒的冻结深度，应根据底层埋藏条件及井筒掘砌深度确定，并应深入稳定的不透水基岩10m以上。基岩段涌水量较大时，应延长冻结深度。(2)《煤矿井巷工程施工规范》第5.2.26条的规定：冻结段井筒的掘砌深度应浅于主冻结孔设计深度，根据规定冲积层厚度在300m～400m应比井筒冻结深度浅9～11m。(3)冻结段井壁生根壁座或筒形壁座深度，应设在稳定性和封水性较好的岩层中。(4)《XX煤矿南风井工程初步设计》。(5)《南风井井筒检查孔成果报告》。(6)永夏矿区临近矿井冻结成果资料。（7）XX南风井冻结实验报告根据筒形壁座底板最小深度及最小冻结深度分析以及二期工程施工需要，确定进风井冻结深度为441.5m、回风井冻结深度为419.5m。3.2冻结壁厚和安全掘进段高设计3.2.1计算公式选择深厚冲积层的冻结壁厚度和安全掘进段高计算：方法之一是以中国为代表，采用多姆克公式计算砂性土层的冻结壁厚度和按维亚洛夫-扎列茨基公式计算粘性土层的安全掘进段高；方法之二是以波兰为代表，采用利伯尔曼公式计算冻结壁厚度和掘进段高；方法之三是采用变形公式计算冻结壁的稳定性；方法之四是采用美国ANSYS通用软件等分析冻结壁温度场和应力场。根据多年从事冻结凿井的实践探索：认为方法一较为适用，并已初步建立起砂性土控制层位采用多姆克公式计算冻结壁厚度和粘性土控制层位采用维亚洛夫-扎列茨基公式计算安全掘进段高的冻结壁设计计算体系，并成功地用于程村主、副井430m冲积层、济西主井457.8m冲积层、泉店主副风井440～455m冲积层、赵固一矿和赵固二矿528m冲积层的冻结壁厚度和安全掘进段高计算，均取得良好的效果；方法二比方法一的冻结壁计算厚度稍小，可供参考；方法三涉及的参数较为复杂，因试验数据有限和经验不足而未得到普遍应用；方法四的关键是由于参数值选取不同，计算结果往往差异较大，一般用于验算冻结壁的稳定性。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计下面着重介绍多姆克公式、维亚洛夫-扎列茨基公式和利伯尔曼公式。3.2.2多姆克冻结壁厚度公式多姆克于1915年，把砂性土层冻结壁看作无限长的弹塑性厚壁筒，按第三强度理论推导得出的冻结壁厚度计算公式。(3.1)式中E——按强度条件计算的冻结壁厚度，m；R——井筒掘进半径；P——计算水平的地压,MPa；K——砂性土层的冻土计算强度，MPa。3.2.3利别尔曼冻结壁厚度公式利别尔曼于1961年，把冻结壁看作有限长的刚-塑性厚壁筒，按第三强度理论（极限平衡理论）的极限值原理推导出来的在一定段高内的冻结壁厚度与安全掘进段高计算公式。(3.2)式中E——冻结壁厚度，m；h——未支护段高度或安全掘进段高，m；r0——覆盖层的平均容重，取1.3t/m3；HP——计算层位的埋藏深度，m；RCT——冻土平均瞬时抗压强度，MPa；mk——安全系数。3.2.4维亚洛夫-扎列茨基安全掘进段高公式维亚洛夫-扎列茨基于1962年，把粘性土层冻结壁看作有限长的弹塑性厚壁筒，按第四强度理论推导出来的冻结壁安全掘进段高计算公式。(3.3)式中h——按变形条件计算的安全掘进段高，m；E——按强度条件计算的冻结壁厚度，m；P——计算水平的地压,MPa；σ——粘性土层的冻结持久抗压强度或计算强度，MPa；η——工作面冻结状态系数，掘进工作面为非冻结状态时取85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计，掘进工作面冻实时取，即η=0.865～1.73。为了便于计算，工作面冻土扩展范围为0、1/4、2/4、3/4、4/4时，η值可相应地取1.732、1.516、1.299、1.082、0.865。通过以上分析，考虑到风井的冲积层厚度344.38m，粘性土层的累积厚度占冲积层厚度的77%，拟在应用上述方法——冻结壁强度和稳定性设计计算体系的基础上，结合国内近几年厚冲积层的冻结凿井经验，在设计参数选取上进行合理的调整和完善，以达到安全可靠和经济合理的目的。3.3基本参数优化3.3.1冻结控制层位和地压(1)冻结控制层位根据风井冲积层的埋藏条件和土层组成特点分析，冻结壁设计控制见下表风井冻结设计控制层位表3—1土层粘性土控制层位名称粘土钙质粘土层厚/m28.6112.25埋深/m260.26～288.87332.13～344.383.3.2冻结孔允许偏值与成孔间距《煤矿巷工程施工规范》第5.2.4条规定冻结孔的偏斜率：位于冲积层的钻孔不宜大于0.3%，但相邻两个钻孔终孔的间距不得大于3.0m；位于风化带及含水基岩的钻孔，不易大于0.5%，但相邻两个钻孔终孔的间距不得大于5m。当相邻两个钻孔的偏斜值超过上述规定时，应补孔。应当指出，随着钻孔设备和工艺的不断完善，当冲积层厚度较大时，规范第5.2.4条对冲积层冻结孔偏斜率≤0.3%和基岩中两相邻冻结孔终孔间距≤5m的规定要求偏低。根据最近几年深厚冲积层冻结孔垂直度状况分析，认为在采用钻、测、纠相结合的钻进工艺和靶域钻进措施的条件下，风井冲积层主冻结孔偏斜要求为表土段钻孔偏斜率≤2‰，基岩段钻孔偏斜率≤3‰,向内最大偏值为0.4m,但防片孔不许向井心方向偏斜大于；最大孔间距表土段：主圈孔≤1.8m，基岩段≤2.4m，长腿孔间距≤3.5m.辅助孔、防片孔按偏斜要求。3.3.3冻结盐水温度根据风井检查孔柱状图分析，结合国内应用螺杆式冷冻机制冷和往复式冷冻机串联双级压缩制冷的实践经验分析，风井的冻结设计盐水最低温度达-32℃。3.3.4冻结壁平均温度85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计(1)计算公式冻结壁平均温度是确定冻土强度和冻结壁强度、稳定性的基本依据。它主要取决于冻结壁厚度、冻结盐水温度、冻结孔间距、井帮温度以及冻结孔布置方式等因素，要精确计算是相当困难的。从工程实际出发，一般取最大地压水平或冻结设计控制层位的冻结孔最大间距处的主、界面平均温度的平均值作为冻结壁设计计算的依据。我国对冻结壁平均温度的认识和计算方法可概括为以下几个阶段：冻结法凿井的引进阶段至探索改进阶段初期，采用前苏联H·Г特鲁巴克按单个冻结器传热条件推导出来的公式计算冻结壁平均温度，该公式未考虑邻近冻结器的相互影响和井筒的实际冻结状况或井帮温度对冻结壁平均温度的影响，计算出来的冻结壁平均温度偏高，特别是深井冻结时误差偏大。冻结法凿井的探索改进阶段中期，开始采用国外模拟试验和有限差分法得出的冻结壁平均温度计算公式（如依姆·斯捷潘诺娃公式），并逐步过渡为采用国内冻结壁温度场物理模型试验和工程实测数据。冻结法凿井的探索改革阶段后期，采用成冰等根据冻结壁温度场物理模型试验、工程实测、有限元分析得出的单圈孔冻结壁平均温度计算公式。冻结法凿井完善提高阶段，采用成冰提出的单圈孔和主冻结孔内侧增设辅助孔（含防片帮孔）冻结的冻结壁平均温度计算公式。①单圈孔冻结时冻结壁有效厚度的平均温度等于按冻结壁0℃边界计算的平均温度值与井帮温度对冻结壁的有效厚度的平均温度影响值之和。(3.4)(3.4.1)(3.4.2)式中tc——按冻结壁有效厚度计算的平均温度，℃；t0c——按冻结壁0℃边界计算的单圈孔冻结壁平均温度，℃；te——井帮冻土温度对单圈孔冻结壁有效厚度的平均温度影响值，℃；tb——冻结盐水温度，℃；L——冻结孔间距，m；E——单圈孔冻结壁有效厚度，m；tn——计算水平的井帮冻土温度（℃85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计）主要与土层性质、冻结孔布置方式、冻结管直径、冻结盐水温度、以及冻结时间等因素有关，而冻结时间主要与冻结段掘砌速度有关。根据这几年冻结段快速施工的经验分析，认为风井冻结控制层位（深344.38m的粘土层）的井帮温度取-6～-8℃较为适宜。Δ——井帮冻土温度每升高或降低1℃对冻结壁有效厚度的平均温度影响系数=0.25～0.3，根据实践经验可近似地按Δ=0.3选取。当井帮土壤为正温时，Δ取0。②主冻结孔内侧增设辅助孔（含防片帮孔）冻结时在成冰提出的单圈孔冻结壁平均温度计算公式的基础上，增加主冻结孔与辅助冻结孔之间部位对平均温度的影响值，或采用加权平均法计算。(3.5)或(3.6)式中tcf——主冻结孔内侧增设辅助冻结孔的冻结壁有效厚度平均温度，℃；tc——单圈孔冻结壁有效厚度的平均温度，符号同公式(2.1)，℃；tfn——主冻结孔与内侧辅助孔之间部位对冻结壁有效厚度平均温度的影响值，℃；S——辅助孔圈与主孔圈之间的距离，m；E1——主冻结孔圈外侧的冻结壁有效厚度，m；E2——辅助孔圈内侧的冻结壁有效厚度，m。ts——辅助孔圈与主冻结孔圈之间部位的冻结壁平均温度，℃。③主冻结孔内、外侧均增设辅助孔冻结时在成冰提出的单圈孔冻结壁平均温度计算公式的基础上，增加主冻结孔与内侧及外侧辅助孔之间部位对平均温度的影响值。(3.7)式中tcny——主冻结孔内、外侧均增设辅助冻结孔的冻结壁有效厚度平均温度，℃；tc——外孔圈外侧与内孔圈内侧冻结壁有效厚度的平均温度，℃；tfy——主冻结孔圈与外侧辅助孔圈之间部位对冻结壁有效厚度平均温度的影响值，℃，计算方法同tfn；tfn——主冻结孔圈与内侧辅助孔圈之间部位对冻结壁有效厚度平均温度的影响值，℃,符号与计算方法同公式（3.5）。(2)平均温度计算结果把冻结盐水温度（-32℃）、冲积层中冻结孔允许成孔间距（1.885 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计m）和控制层位的井帮冻土温度（-6～-8℃）代入公式（3.1～3.3）求得风井冻结壁平均温度值为-12℃～-15.2℃（主冻结孔内侧增设辅助冻结孔时）。3.3.5冻土计算强度冻土计算强度（K）可直接按持久强度（σs）选取或按极限抗压强度（σc）除以安全系数（m0）求得。在缺少冻土持久强度试验资料的情况下，按的方法选取计算强度较为符合实际。国内在冻结壁厚度设计中，1989年以前一直采用50×50×50mm立方体冻土试件按快速加载（30±5s）的无侧限瞬时抗压强度数据，它与煤炭科学研究总院北京建井研究所试验得出的粘性土层Ф61.8×150mm冻土试件按恒应变速率轴向加载的无侧限瞬时抗压强度数据之间存在着一定的系数关系。经分析认为：在Ф61.8×150mm冻土试件强度未正式明确如何直接用于冻结壁设计之前，把按Ф61.8×150mm冻土试件强度试验数据乘1.8系数作为冻结壁厚度设计的冻土无侧限瞬时抗压强度较为合理。根据近十几年国内冻结法凿井的实践经验：在冻结方案设计中，砂性土层的冻土计算强度按国内已施工深冻结井的冻土计算强度与冻结壁平均温度的关系综合曲线（见图1）选取。图1国内已建冻结井砂性土强度（K）与冻结壁平均温度（tc）的关系1—潘二南风井；2—冷泉主、副井；3—谢桥主井；4—陈四楼主井；5—陈四楼副井；6—潘三东风井；7—城郊主、副井；8—祁南主、副井；9—程村主、副井；10—泉店主、副、风井85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计表3－2冻土力学试验内容编号深度（m）样品名称单轴抗压强度单轴蠕变三轴剪切冻胀率导热系数/比热结冰温度-5℃-10℃-15℃-5℃-10℃-15℃-5℃-10℃-15℃-5℃-10℃-15℃15℃-10℃第一组189粘土****　*　*　*　*　**　*　**第二组230粘土****　**　*　*　**　**第三组330亚粘土****　*　***　**　*　*　*注：*表示要做的试验项目85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计表3－3土工试验试样规格序号试验项目试样规格试样数量/个备注1冻土单轴抗压强度试验Φ61.8mm×150mm27试样尺寸误差保持在±0.2%以内2冻土单轴蠕变强度试验Φ61.8mm×150mm183冻土三轴剪切强度试验Φ61.8mm×150mm184土壤的冻胀试验Φ100mm×50mm85土壤的导热系数试验200mm×100mm×50mm126土壤的比热试验Φ90mm×60mm67土壤的结冰温度Φ20mm×50mm6合计95表3－4冻土单轴抗压强度、弹性模量、泊松比试验结果编号温度单轴强度/MPa弹性模量/MPa泊松比分值平均值分值平均值分值平均值第一组-5℃1.761.80142.62112.470.440.331.85101.100.321.7993.680.23-10℃2.812.86170.73166.180.30.312.8168.670.322.97159.140.31-15℃3.633.79354.9333.570.320.283.89274.650.283.85371.150.25第二组-5℃1.41.4186.4290.80.370.371.497.220.371.4388.750.36-10℃2.152.19201.89190.890.290.342.162160.442.27154.790.29-15℃3.033.09384.62365.430.30.33.13348.890.283.12362.790.32第三组-5℃1.351.39191.43185.210.340.361.41241.380.371.41122.810.36-10℃2.692.7225239.790.360.322.78194.370.282.643000.33-15℃3.663.62209.29295.250.30.283.63294.020.283.56382.430.2585 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计3.4冻结工艺设计冻结工艺涉及的内容很广，国内采用过的冻结工艺有一次冻全深、局部冻结、分段冻结或分期冻结、差异（长短腿）冻结、异径冻结、单圈孔冻结、多圈孔冻结（包括主孔内侧增设辅助孔或防片帮孔冻结、主孔内、外侧均增设辅助孔冻结）、正反循环冻结、小流量冻结或大流量冻结等。为了便于说明，在冻结工艺设计中着重讨论冻结器盐水流量、冻结孔布置、冻结管规格三个问题。(1)冻结孔布置方式①冻结孔布置的类型及适用条件随着冲积层厚度或冻结壁设计厚度的增大而加剧了井筒冻结与掘砌的矛盾。为了协调二者的关系，冻结孔布置方式逐渐由单圈冻结孔发展为主冻结孔内侧增设防片帮冻结孔或辅助冻结孔以及主冻结孔内、外侧均增设辅助冻结孔等四种布置方式。根据摸索，每种布置方式的适用条件如下：——当冻结壁设计厚度<5.0m或冻结孔距井帮<3.3m时，适宜采用单圈冻结孔的布孔方式；——当冻结壁设计厚度=5.0～7.0m或冻结孔距井帮>3.3m时，适宜采用在主冻结孔内侧增设辅助孔及防片帮冻结孔的布孔方式；——当冻结壁设计厚度=7.0～10.0m，适宜采用在主冻结孔内侧增设辅助冻结孔与防片帮冻结孔的布孔方式；——当冻结壁设计厚度>10.0m，适宜采用在主冻结孔内、外侧均增设辅助冻结孔的布孔方式。无论采用上述何种冻结孔布置方式，主冻结孔深度应穿过冲积层和基岩风化带进入不透水稳定基岩10m以上，防片帮冻结孔深度取冲积层厚度的1/2～3/4为宜，这样既可节约冻结需冷量，又可防止因深部防片帮孔距井帮太近而发生断管。②冻结孔布置圈直径计算方法不同类型的冻结孔布置圈直径计算方法列于表3－5中。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计表3－5布置圈直径计算方法冻结孔圈布孔方式计算公式符号意义主冻结孔单圈孔(3.1.1)——分别为单圈孔、主孔内侧增设辅助孔与防片帮孔、主孔内外侧均增设辅助孔时的主冻结孔圈直径，m；——分别为主孔内、外侧增设的辅助孔圈直径，m；——分别为主冻结孔内侧只增设防片帮孔、主冻结孔内侧同时增设辅助孔与防片帮孔时的防片帮孔布置圈直径，m；——分别为冲积层厚度、防片帮冻结孔深度的井筒掘进直径，m；——分别为冻结壁设计厚度、外侧冻结壁厚度（m）,Ey可参考程村主、副井冻结壁外侧实际厚度选取（见图）——冻结孔允许偏斜率，取0.2%；——分别为冲剂层厚度、防片帮孔深度，m；——分别为主冻结孔圈与内、外侧辅助冻结孔圈之间的距离，m；——单圈孔布置时主冻结孔至井帮的距离，m；——主冻结孔内侧辅助孔圈与防片帮孔圈之间的距离，m；主孔内侧增设辅助孔圈与防片帮孔圈(3.1.2)主孔内、外侧均增设辅助孔圈(3.1.3)辅助冻结孔主孔内侧增设辅助孔圈与防片帮孔圈(3.2.1)主孔内、外侧均增设辅助孔圈(3.2.2.1)(3.2.2.2)防片帮冻结孔主孔内侧只增设防片帮孔圈(3.3.1)主孔内侧同时增设辅助孔圈与防片帮孔圈(3.3.2)85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计(2)冻结管规格《矿山井巷工程施工及验收规范》第5.2.8条提出冻结管的直径、壁厚按表5.2.8.1（见表3－6）选取，反映出冻结管的直径、壁厚与冻结深度成正比。从国内、外冻结法凿井的实践经验分析，冻结管的直径和壁厚分别按冻结工艺需要和冲积层厚度进行设计。表3－6冻结管的直径、壁厚选取范围冻结底层深度/m冻结管壁厚/mm冲积层及风化带中≤200≥5.0200～400≥6.0400～600≥7.0＞600≥8.0基岩中≤300≥5.0＞300≥6.0(3)冻结器盐水流量冻结器的单位热流量主要与盐水温度和冻结器的环形空间内盐水运动状态有关。根据水力学原理，盐水运动状态取决于雷诺数Re：当Re<2300时，盐水运动呈层流状态，冻结管单位热流量小；当Re=2300～25000时，盐水运动呈层流向紊流过渡状态，冻结管的单位热流量约为层流的1.15～1.3倍；当Re>25000时，盐水运动完全处于紊流状态，冻结管的单位热流量将进一步提高。但从工程应用分析：只要把每个冻结器的盐水循环量加大至10～13m3/h以上时，就可以使冻结器环形空间内的盐水运动呈层流向紊流过渡状态，这是容易实现的，也是经济的；要把每个冻结器的盐水循环量加大至使环形空间内成紊流运动状态，是不易实现的，也是不经济的。考虑到风井的冲积层埋藏深、粘性土层的厚度比例大、冻结壁厚度大等特点，设计优选每个冻结器的盐水流量（或循环量）≥13m3/h，以达到加快冻土扩展速度和井筒早日开挖的目的。在深入分析国内已建成>400m冲积层冻结井和正在施工>500m冲积层冻结井的冻结工艺基础上，决定选用主冻结孔内侧增设辅助孔、防片帮孔的布孔方式与差异、大盐水流量相结合的冻结工艺。该优化方案的主要优点是冻结孔工程量小、冻结总需冷量小、深部的冻结管传热面积大和外侧冻结壁厚度大、内侧冻土扩至井帮的时间短、冻土挖掘量小，有利于安全快速施工、缩短工期和降低工程造价。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计3.5制冷工艺设计3.5.1冻结需冷量与装机能力(1)计算公式①冻结需冷量公式(3.8)(3.8.1)(3.8.2)(3.8.3)②标准冻结需冷量公式(3.9)③装机能力公式(3.10)式中——冻结总需冷量，kcal/h；——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的总散热能力，kcal/h；——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的外直径，m；——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的平均深度，m；——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的数量，个；——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的单位热流量，kcal/m2·hmc——低温管路及设备的冷量损失系数；——冻结标准总需冷量，kcal/h；A——冷冻机实际工况制冷量与标准制冷量之间的换算系数；mb——冷冻站装机备用系数。(2)计算基本参数优化①冻结管单位热流量冻结器的单位热流量（K）与盐水温度及其在冻结器环形空间内的运动状态、冻结时间等因素有关。在冻结初期盐水降温速率为0.7～1.0℃/d条件下，K的峰值期为40～60d。如陈四楼副井的试验实测表明，当冻结器的盐水平均循环量为8.4m3/h（冻结管Ф140mm）时，盐水在冻结器环形空间内运动为层流状态（见图2），冻结30d、60d、150d、250d的K值分别为153kcal/m2·h、193.3kcal/m2·h、120.9kcal/m2·h、109.4kcal/m2·85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计h；潘二南风井进行双供液管冻结试验结果表明，当冻结器的盐水循环量增大至15m3/h（冻结管为Ф159mm）后，盐水在冻图2冻结管器环形空间内盐水呈层流运动状态时单位热流量（Kt）与冻结时间（T）的关系结器环形空间内运动由层流状态（雷诺数为2006）变成由层流向紊流过渡状态（雷诺数达4620），K值增大1.2倍以上，冻结器的单位热流量的峰值（Kmax）由209kcal/m2·h增大至250.8kcal/m2·h。考虑到风井的盐水循环量取13～15m3/h，故冻结器的单位热流量（K）可取250kcal/m2·h。②冷量损失系数冷量损失系数（mc）主要与地面低温管路（如冷冻站内的盐水管路、冷冻站至井口的盐水干管、冷冻沟槽内集配液圈等）的长短和低温容器（如蒸发器的盐水箱等）外表面积及其保温质量、冻结需冷量大小、大气温度等因素有关、一般取1.10～1.25。近年来，低温管路和设备的保温材料性能与保温质量有所提高，mc取1.15是可行的。③制冷量换算系数冷冻机实际制冷量与标准制冷量之间的换算系数（A）主要与制冷设备的类型、新旧程度及氨的蒸发温度或盐水温度有关。从图3可以看出，采用往复式氨压缩机串联双级压缩制冷时，A值随着盐水温度或氨蒸发温度的下降而递减。另从陈四楼副井试验实测冻结管单位热流量（Kt）曲线（见图2）可以看出，Kt值随着冻结时间的延长或冻土扩展范围的增大而减小。综合图3的特点，设计盐水温度采取早期快速降温和中、后期分阶段降至最低温度的措施，而在冻结器单位热流量（Kt85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计）达峰值期之前（开冻50d以内）将盐水降至-28℃，冻结50～120d期间盐水温度由-28℃降至-30℃，冻结120～180d盐水温度由-30℃降至-32℃。按盐水温度=-32℃或氨蒸发温度=-37℃工况条件下选取冷冻机的制冷量换算系数（A）=0.335，其优点是在早期加快冻土扩展速度的前提下达到缩短冻结壁交圈的时间和早日开挖的目的，又在后期不增加冷冻设备的前提下进一步降低盐水温度强化深粘土层冻结以达到安全快速施工的目的。④冷冻站装机备用系数冷冻站装机备用系数（mb）主要根据冻结标准需冷量确定，一般mb可参考表3－6中的系数值选取。风井筒的冻结标准需冷量不超过1000×104kcal/h，按理mb取1.08就可以了，但考虑到风井积极冻结期为炎热季节，故建议mb取1.10。图3冷冻机制冷量换算系数（A）与盐水温度（tb）氨蒸发温度（te）的关系表3－6不同冻结需冷量的装机备用系数参考值冻结标准需冷量/kcal·h-1<150×104(150～300)×104(300～600)×104(600～1000)×104>1000×104装机备用系数（mb）1.151.15～1.121.1～1.101.10～1.08<1.083.5.2冷却水的需用量与补给量(1)计算公式①冷却水需用量(3.11)②冷却水补给量(3.12)85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计(3.12.1)(3.12.2)(3.12.3)式中Wc——冷凝器的冷却水总需用量，m3/h；Qc——冷凝器的总热负荷，考虑冻结初期盐水温度较高时冷冻机的实际制冷量较大，可近似地按冻结需冷量（Q）的1.3倍计算，kcal/h；Δt——冷凝器进水温度与回水温度的差值=3～4℃，一般取3.5；QJ——装机标准总制冷能力，kcal/h；Xc——冷冻机标准单位制冷量的冷却水需用量，取0.1m3/104kcal；μ1、μ2、μ3——分别为直接补给法、玻璃钢冷却塔降温法、高效蒸发式冷凝器法的冷却水补给系数；t0、t1、t2——分别为新鲜冷却水、冷凝器进水、冷凝器回水的温度，℃。(2)基本参数优选新鲜冷却水补给系数新鲜冷却水补给系数受冷凝器结构类型和冷却水补给方式的影响很大：当采用立式冷凝器和冷却水直接补给法时，新鲜冷却水的补给系数为0.5；当采用立式冷凝器和玻璃钢冷却塔降低循环冷却水温度时，新鲜冷却水的补给系数为0.25；当采用高效蒸发式冷凝器时，新鲜冷却水补给系数为0.025。综上所述，考虑到风井的冷却需水量大，选用高效蒸发式冷凝器，把新鲜冷却水的补给量降至最低限度。(3)设计优化结果采用高效蒸发式冷凝器措施后，把冻结站冷却水总需用量和新鲜冷却水补给量分别降至80m3/h和40m3/h，尤其是大幅度新鲜冷却水的补给量具有重要的意义。3.6冻结制冷设计主要技术指标根据以上对冻结地层特点和冻结深度、冻结壁的厚度和安全掘进段高、冻结工艺、85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计制冷量和冷却水量等设计优化结果：进风井冻结深度为441.5mm，、回风井冻结深度419.5m，冻结壁厚度为6.0m，不同深度粘土层的安全掘进段高为2.5～3m，在主冻结孔内侧增设辅助孔与防片帮孔的布孔方式，正反循环、-32℃低温盐水和分阶段降至设计温度、加大盐水循环量相结合的冻结工艺。两风风井各布置1个水位观测孔和3个冻结壁温度观测孔，试挖前的冻结时间为75d，冷冻机运行总工期为进风井247d、回风井243d，正式掘砌的最高速度为130m/月，平均掘砌速度≥104m/月，成井速度≥80m/月。冻结制冷设计参数见表3-7，造孔平面布置图见《XX煤矿进、回风井冻结孔布置示意图》。3.7管材接连方式和打压试漏主圈孔、辅助孔、防片孔200m以下均采用φ159×6mm无缝钢管,内接箍连接方式，管箍长度为120mm；200m以上采用φ159×5mm无缝钢管,内接箍连接方式，管箍长度为120mm；测温管选用φ89×5mm无缝钢管，外接箍连接方式，接箍长度为120mm；水文管采用φ108×5mm无缝钢管，外接箍连接方式，接箍长度为120mm。试验压力：主圈孔：4.0MPa，辅助孔：3.5MPa，防片孔：2.5MPa。3.8测温孔及水文孔设计（1）测温孔采用Φ89×5mm，普通钢管，外管箍焊接，管底焊接密封，管内不需灌水和试压，但不得渗水，布置位置在地下水流上方，同时兼顾整个井筒温度场检测，具体位置根据偏斜图确定。（2）水文孔采用Φ108×5mm20#钢管作水文管，割花眼，外管箍连接。为了准确报导冻结壁交圈情况，根据井检孔资料，冲积层含、隔水层组的划分，设计水文孔1个，套管结构，分上下两层报导。采用φ108×5mm钢管，外接箍连接方式。封止水材料为海带粘土。封止水材料下置后要进行效果检查，不合格应重新下置，直至合格为止。花管布置位置：65m～71m，133m～143m，169m～178m，在90米处用隔板隔开。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计4冷冻站设计4.1冷冻站设计（1）制冷设计参数制冷剂：R717（氨）；冷冻油：N46；载冷剂：氯化钙溶液，盐水比重1.27m3/t。盐水去路温度-25℃～-32℃，制冷剂蒸发温度-37℃，冷却水进水温度+30℃，制冷剂冷凝温度+40℃，经中冷器冷却后高压液氨温度比中冷器内液氨温度高5℃，积极冻结期盐水温度-25～-32℃，维护冻结期盐水温度-25℃。制冷系统采用螺杆式制冷压缩机串联双级压缩制冷工艺。（2）冷冻设备选型由计算得出，盐水温度为-28℃时，两井筒冻结需冷量为：进风井314.9×104kcal/h,回风井309.4×104kcal/h，两井冷冻站装机标准制冷量总计为2022×104kcal/h。选用串联双级压缩制冷工艺，低压机选用14台KA25LDP型号，高压机选用14台KA20CBY型号和一台8AS-12.5型号活塞式氨压缩机（系统打压及抽真空时用），压缩比为：1:2.65，完全满足要求。（3）氨系统辅助设备选型①、蒸发式冷凝器：系统总的排热量=（722.5+168.9+205.9）×14=15362KW,冷凝温度:40℃，湿球温度：28.0℃时,烟台冰轮股份有限公司生产的蒸发式冷凝器的排热系数为1.2，则修正后的排热量为：15362÷1.2=12800KW,,选用14台蒸发式冷凝器ZNX-1500，排热量为1500×14=21000KW，满足要求。因为实际配套的蒸发冷排热量较大,在运行中可以降低冷凝温度,系统运行节能经济.此型号的蒸发冷运输与再次拆卸、安装很方便。②、贮氨器：选用烟台冰轮股份有限公司生产的ZA-5.0贮氨器共4台,每台的容积为5m3,共计20m3,满足要求。③、立式螺旋管蒸发器：选用烟台冰轮股份有限公司卧式蒸发器LZA-160共28台，总的蒸发面积为：160×28=4480㎡，满足要求。④、中间冷却器：选用ZZQ-1000的共12台,满足需求.⑤、空气分离器：空气分离器选用烟台冰轮股份有限公司生产的KFA-50两台，冷却面积为1.7m2.85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计⑥、集油器：集油器选用烟台冰轮股份有限公司生产的JYA-500R一台,容积为0.24m2.⑦、虹吸罐：虹吸罐选用烟台冰轮股份有限公司生产的UZA-3.0两台,容积3.0m3.（4）首次运转需要的氨量贮氨器：5m3×4台×30%=6.0m3立式螺旋管蒸发器:160m2/0.119m2/m×0.8L/m×28台×50%=15m3中间冷却器:2.8m3×12台×30%=10m3虹吸罐:3.0m3×2×50%=3m3则系统运转需要的氨量:1.2×(6.0+15+10+3)×650kg/m3=27吨（5）系统首次运转的加油量（370×14+760×14）×1.1=17.4吨（6）氨系统主要设备配备，详见表4-1。冻结站主要设备布置及管路布置示意图，详见图4-1、图4-2、、图4-3。表4-1氨系统主要设备配备表序号设备名称规格型号数量备注1氨螺杆制冷压缩机KA25LDP(280KW)14台烟台冰轮(低压机)2氨螺杆制冷压缩机KA20CBY(200KW)14台烟台冰轮(高压机)3蒸发式冷凝器ZNX-150014台烟台冰轮4贮氨器ZA-5.04台烟台冰轮5立式螺旋管蒸发器LZA-16028台烟台冰轮6中间冷却器ZZQ-100012台烟台冰轮7空气分离器KFA-501台烟台冰轮8集油器JYA-500R1台烟台冰轮9虹吸罐UZA-2.52台烟台冰轮4.2盐水系统设计（1）盐水主要技术参数选用盐水选CaCL2水容液；去路盐水温度tr=-32℃盐水比重r=1270kg/m3；波美度为30.7°BeCaCl2的用量计算：G=85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计（2）盐水管路直径计算85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计1）集配液圈干管内直径dg=√Wbr/2830ω´brω〃----干管集配液圈内盐水流速Wbr----盐水干管内盐水流量，一般取单孔15m3/h计算经计算，主排孔集配液圈及盐水干管采用Ф377×9mm钢管、辅助孔与防片孔集配液圈及盐水干管共用一趟Ф377×9mm钢管。2）供液管直径dg=√Wbr、/2830ω´br式中ωˊbr-----供液管内盐水流速，ωˊbr=1.5m/sWbr、-----供液管内盐水流量，取15m3/h经计算dg=0.059m冻结孔供液管均选用Φ75×6mm聚乙烯塑料软管；主排孔、辅助孔均采用正循环供液。（3）盐水泵选型适用5台12Sh-6A型双吸泵，配备355kW电机、四用一备。4.3清水系统施工设计冷冻站最大需水量约40m3/h，正常情况下采用蒸发式的冷凝器，每小时只需消耗水15m3/h，选用2台1S80-65-160型离心式清水泵，一用一备，流量为50m3/h，扬程为32m，配套电机7.5kw，效率为73%。在工业广场地下水流上方500m以外，打一水源井，向工广内的专用水池供水，冻结循环使用水池水。打钻期间在工广内打一水源井，供打钻及日常生产、生活使用，冻结时停止使用。4.4隔热层设计制冷系统隔热效果好坏将直接影响井筒冻结效果，本设计选用聚氨脂橡塑保温材料为主材作低温设备及管路的隔热层。聚氨脂橡塑保温材料比以往的聚苯乙烯泡沫有许多优点，主要表现在：绿色环保，不含对大气有害的氯氟化物；导热系数低，是隔冷、隔热防结霜的克星，热传导系数低且稳定；防火性能好；闭泡式结构，能抗水汽渗透，保温时不需要再添加隔汽层；用料薄、省空间，其厚度比其它保温材料减少三分之二左右；使用寿命长，它具有卓越的耐天候、抗老化、抗严寒、抗炎热潮湿；外观高档、匀整美观，它具有高弹性，平滑的表层，质地柔软；安装方便快捷，无需其它辅助层；减震，吸音效果好。保温材料利用得好，可以减少结霜点，这样相应地减少了冷量损耗。盐水箱四周及底部均选用厚为σ50mm的聚氨脂橡塑保温材料，总用量为66.5m3，盐水箱顶面需用σ25mm板材525m2、油毛毡525m2覆盖保温，上盖σ85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料26.3m3。盐水干管集配液管及低温氨管路、低温阀门等用厚为σ50mm的聚氨脂橡塑保温材料，总用量约为130m3，中冷器、氨液分离器外围用厚为σ50mm的聚脂橡塑保温材料，总用量为14.2m3。4.5冻结供电设计4.5.1供电方式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%。根据施工现场情况，冻结孔施工供电电源采用6KV供电线路，冻结时由工业广场6KV临时变电所供电，6KV再变为380V，供低压设备使用，低压设备均采用380V电压供电。4.5.2供电设计（1）用电负荷统计进（回）风井冻结孔施工设备总装机容量为1625KW，临时变电所低压0.4KV母线上的计算负荷为862.93KVA。无功补偿后，低压0.4KV母线上的总负荷523.82KVA(打钻设备负荷统计见表4-3)。进（回）风井冻结站施工设备总装机容量为4507.5KW，临时变电所低压0.4KV母线上的计算负荷为4751.50KVA(冻结设备负荷统计见表4-4)。表4-3进（回）风井冻结孔施工设备负荷统计表设备名称规格型号数量设备容量（KW）功率因数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）水文钻机SPS-2000553753750.640.40150.00180.00234.31泥浆泵TBW-850/5655404500.640.5225.00270.00351.46泥浆泵NBB-250/652110440.800.522.0016.5027.50电焊机BX-30012123603600.60.35126.00167.58209.66照明及其它404040.0040.00合计272413351269563.00634.08862.9385 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计表4-4南风井冻结设备负荷统计表设备名称规格型号数量设备容量（KW）功率因数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）螺杆式冷冻机KA-25LDP1414350035000.90.828001732.6933111.111螺杆式冷冻机KA-20CB1414308030800.90.927721715.3663080冷凝器ZNX-150014141541540.90.7107.866.70869119.7778汽化器搅拌机LZA-16028281121120.90.8595.258.91157105.7778盐水泵12Sh-6A54142014200.90.91278790.85071420清水泵1S80-65-16021157.50.90.53.752.3205714.166667照明及其它0060600.530030合计878586968333.57086.754366.8517870.83385 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计（2）变压器选型冻结施工根据补偿后的低压母线总负荷,选用ZXB-6-1250型箱式变电所两台、ZXB-6-1600型箱式变电所四台，共计6台箱变供冻结站使用。冻结及打钻供电系统见图4-1，图1（3）主要电气设备及材料电气设备及主要材料见表4-5进（回）风井冻结孔和冻结施工需用电器及主要材料表表4-5项目序号名称规格型号单位数量备注打钻1.箱式变电所ZXB-10-1250台2两风井合用一台2.高压电缆进线YJV-3×25+1×10米256KV3.电缆YC-3×35+1×16米7004.电缆YC-3×16+1×10米12005.磁力启动器QC10-5/580～100A台56.柴油发电机组GFW-150台17.空气开关200A台3冻结8.箱式变电所ZXB-6-1250台29.箱式变电所ZXB-6-1600台410.高压电缆YJV-3×356KV米待定1#、3#箱变电缆架空进线11.高压电缆YJV-3×256KV米302#、4#箱变电缆进线12.低压电缆YC-3×95+1×35米1300两根并联接低压机电机13.低压电缆YC-3×95+1×35米400两根并联接盐水泵电机14.低压电缆YC-3×95+1×35米180接冷凝器进线开关15.低压电缆YC-3×70+1×25米1300两根并联接高压机电机16.低压电缆YC-3×16+1×10米260接推水器进线开关17.低压电缆YC-3×16+1×10米400照明及其他18.避雷针28米根4（4）启动方式的选择①冻结孔施工所用的SPS-2000水文钻机和TBW-850/5型泥浆泵启动设备与其电机配套使用，其它附属用电设备均使用QC10-5/5型磁力启动器。将磁力启动器和200A空气开关装成配电板。②螺杆式冷冻机电机配套起动柜采用星三角变换起动，盐水泵电机配套起动柜采用自耦降压起动。（5）防雷与接地85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计①冻结孔施工的钻塔上必须安装高于塔顶2.5m以上的避雷针，变压器必须装设“Δ”型接地极，其接地电阻不得大于4欧姆。打钻系统用电设备必须有保护接地。②冻结临时变电所要形成独立的接地系统，其接地电阻须小于4欧姆，接地线不应小于25mm2，接地极与接地线连接必须焊牢。冻结站配电系统接地采用TN-S型式，中性线与接地线分开，用电设备须进行保护接零，其接地电阻不得小于10欧姆。在冻结站周围适当位置设置28m高的避雷针4根，避雷针须装设独立的接地装置，其接地电阻必须小于10欧姆，要与冻结站内设备同步安装（详见冻结站避雷针平面布置图4-3）。（6）信号与照明为保证冻结站安全运转，操作方便，冻结站内冷冻机的启动控制装置和低压开关设备全部安装在配电室，将操作按钮设在机房内进行远距离操作。配电室与机房之间采用信号联系。室内照明及工业广场照明据现场需要设置，应能保证夜间值班人员进行正常的检查巡视。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计5施工计划及劳动组织5.1施工工期工期进度安排见表5-1。风井施工工期安排表表5-1项目工期（日历天数）备注进风井回风井施工准备1515不包含在总工期内钻孔施工7372五台钻机作业冻结沟槽施工1010与打钻和井架基础施工穿插开冻到试挖7575积极冻结期试挖到开挖1515挂三盘开挖到冻结掘砌结束157153其中维护冻结期：进风井27天，回风井23天总工期330325具体内容详见《风井冻结工程进度计划表》85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计南风井进风井冻结工程进度计划表序号分阶段工程时间名称内容工期/d3060901201501802102402703003303603901打钻前准备工作生活设施及泥浆池、泥浆沟槽、灰土盘，组装钻塔、钻机、泥浆泵、泥浆搅拌机等152冻结孔、水位孔、测温孔施工26647m冻结孔、179m水文孔、1243m测温孔施工，5台钻机,平均2200m/台.月733钻孔竣工至开冻前的装备工作钻孔质量的复查验收，钻机等的拆除，冷冻沟槽掘砌，下供液管，组装集配液圈，灌盐水以及管路保温等104开冻至试挖前准备工作（1）冷冻站运转755井筒试挖工作（1）冷冻站运转（2）25m试挖段掘砌156外层井壁正式掘砌工作（1）冷冻站运转（2）正试开挖，外层井壁掘砌399.5m1307内层井壁套壁工作（1）冷冻站运转（2）套壁前准备工作（3）内层井壁套壁、安装两道可压缩层，共计35d，其中27d维护冻结期27备注(1)外层井壁平均掘砌速度按104m/月计算；(2)内层井壁平均套壁速度12m/d；(3)冻结段平均成井速度=80m/月；(4)为了方便统计，每月均按30d计算；(5)冻结工程总工期为330d。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计南风井回风井冻结工程进度计划表序号分阶段工程时间名称内容工期/d3060901201501802102402703003303603901打钻前准备工作生活设施及泥浆池、泥浆沟槽、灰土盘，组装钻塔、钻机、泥浆泵、泥浆搅拌机等152冻结孔、水位孔、测温孔施工26163m冻结孔、179m水文孔、1199m测温孔施工，5台钻机,平均2200m/台.月723钻孔竣工至开冻前的装备工作钻孔质量的复查验收，钻机等的拆除，冷冻沟槽掘砌，下供液管，组装集配液圈，灌盐水以及管路保温等104开冻至试挖前准备工作（1）冷冻站运转755井筒试挖工作（1）冷冻站运转（2）25m试挖段掘砌156外层井壁正式掘砌工作（1）冷冻站运转（2）正试开挖，外层井壁掘砌399.5m1307内层井壁套壁工作（1）冷冻站运转（2）套壁前准备工作（3）内层井壁套壁219.5m，安装两道可压缩层，共计35d，其中27d维护冻结期23备注(1)外层井壁平均掘砌速度按104m/月计算；(2)内层井壁平均套壁速度12m/d；(3)冻结段平均成井速度=80m/月；(4)为了方便统计，每月均按30d计算；(5)冻结工程总工期为325d。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计5.2劳动组织打钻采用“三八制”作业方式；冻结期间采用“三八制”作业方式；冻结安装及回撤采用大班制。投入本工程劳动力共计242人，详见风井冻结工程劳动组织一览表（表5-2）。表5-2南风井冻结工程劳动组织一览表工种按工程施工阶段投入劳动力情况造孔冻结站安装冻结运行备注项目经理1安全副经理111生产副经理111技术副经理111安全员111技术人员222机长10钻工75制冷工3627电工266电焊工12101电测工6测温工33机修工233车工2材料保管员111劳资、会计221炊管人员622生活车司机111合计125705185 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计6施工准备及总平面布置6.1四通一平工业广场地势平坦，交通方便（1）场地：矿井工业场地在工程开工前由建设方办理完土地征用手续。（2）交通：具备进场条件。（3）供电：业主准备6KV供电线路供前期造孔及冷冻站安装使用，冻结运转供电由工业广场6KV临时变电所提供。（4）给、排水：工业用水及排水设施由建设单位统一安排施工。（5）材料供应：木材、水泥．、砂子、石子、液氨等在附近市场均可解决。6.2施工准备（1）设备和人员进场具备人员进场条件后，立即进行人员和设备的动员组织工作，组织精兵强将和充足的性能良好的设备进点施工。测量人员、物资供应人员、部分钻工和管理人员等迅速进场，进行生活大临、供电大临、钻场基础等前期准备工作，10日内钻机人员、部分冻结安装人员及打钻设备进场，全面开展冻结孔施工及冻结站设备基础施工。其余人员和制冷设备及相应材料根据准备工作进展情况按计划陆续进场。（2）技术准备组织技术人员、管理人员、计划员、设备员及材料人员进行现场勘察、审阅图纸、学习技术规范、设备摸底、并在此基础分工合作，编制分部及分项工程施工作业指导书及工作计划，准备好各种技术资料和表格。开工前做好各项技术交底和各项培训，同时引进井筒十字中心线点和坐标高程。（3）材料、设备准备①根据施工进度计划编制各种设备、材料供应计划，并落实设备、材料的进场与保管。②提前落实各种材料的货源、价格及采购，特别是冻结管、管箍、阀门、角钢、水泥、粘土粉等大宗材料。③对于进点后立即开展的施工项目，其设备、工器具和各种施工材料均应提前充分准备。（4）施工现场准备①进点后立即组织人员进行钻场基础、泥浆池（沟、泵房）及供电、生活、办公等大临施工及大宗材料堆放场地的平整等项工作，确保以打钻、冻结的关键工序顺利进行。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计②冻结站的基础、站房、设备、管路的安装及部分冻结准备工作与钻孔施工平行作业，并保证在钻孔施工结束之前完成。6.3施工总平面布置（1）布置原则①在甲方提供的工广布置图及要求的前提下，大临设施尽量避开拟建的永久建筑位置或在使用时间与拟建永久建筑的施工时间错开，同时满足甲方提出的要求。②临时建筑的布置要符合施工工艺流程的要求，做到合理布置，同时兼顾运输及材料堆放的方便。③符合环境保护、劳动保护、防火、防涝的要求。④水源井的布置在满足冻结技术要求的前提下尽可能利用已购或已租土地范围内。(2)平面布置图85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计6.4大临设施主要工业大临及生活大临，详见大临设施一览表6-1。表6-1风井大临设施一览表序号用途规格(m)数量面积(平方米)1灰土盘Φ3223泥浆池2.5×3144泥浆站30×825测斜室3.5×636冻结站站房22.3×105占地51×105153557职工食堂3.5×64848办公室、会议室3.5×6102109职工宿舍3.0×64377410材料库3.5×636311冷却水池4×612412冻结环形沟槽285 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计7冻结施工方法及施工工艺7.1冻结工程内容冻结造孔工程内容包括：施工准备、冻结钻孔施工、冻结站安装与积极冻结运转，配合井筒掘砌施工进行维护冻结。施工准备：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、冻结站基础及设备安装、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。7.2冻结钻孔施工方法及工艺7.2.1设备的选型（1）钻塔选型钻塔是冻结孔施工的重要设备之一，对钻塔的要求是：既要有足够的承载力，以承担钻具提升负荷，又要有足够的高度，以便缩短冻结管的下放时间。在承载力方面，应不小于30t；在高度上，一般应满足下放单根冻结管18m的需要；另外考虑工期紧张，必须多上钻机。经分析对比，该工程选择24m、22m钻塔，其参数见表7－1。四角钻塔参数表表7－1钻塔高度(m)承载力（t）底盘宽度（m）提升高度（m）24367.4×7.42222364×618（2）钻机的选型用于冻结孔施工的钻机，要求具有提升能力强、转速高、大扭矩、速比宽的特点。我们选用石家庄矿井机械厂生产的TSJ－2000A型和张家口探矿机械厂生产的SPS－2000型钻机。TSJ—2000A和SPS－2000钻机的性能，完全满足该工程的施工需要。钻机参数见表7－2。TSJ—2000A、SPS2000钻机参数表表7－2名称型号钻进深度（m）转盘直径（mm）转盘转速(正反)（r/min）提升能力（kN）转盘扭矩（kN·m）TSJ—2000A135043548、69、110、1908018SPS－2000160052025、37、55、87、130、193852585 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计（3）泥浆泵选型泥浆泵用于输送钻进过程的冲洗液，以保证在快速钻进条件下的孔底清洁，避免重复破碎。在钻孔孔壁与钻具之间的环状间隙一定的情况下，要保证冲洗液具有高的上返流速，就必须提高泵量。另外，泥浆泵作为井下动力钻具的动力源，也必须具有足够的流量和较高的压力。综合考虑，所选用的泥浆泵必须满足冲洗液上返流速0.50m/秒的要求。经计算，上返流速达到0.5m/秒时所需泵量为730L/min。因随着钻孔深度加深和钻具加长，冲洗液在输送过程中会有一定量的泄漏，因此，泵量的取值应再乘以系数1.1，即：850L/min。根据以上条件，本工程拟选用TBW—850/5型泥浆泵。其性能参数见表7－3。泥浆泵参数表表7－3技术参数型号公称流量(L/min)公称压力(MPa)配用动力(kw)TBW—850/58505757.2.2钻具选配钻杆：钻杆是将地面钻机的动力传给地下钻头的主要部件之一。所用钻杆必须满足两项要求：一是传递足够的扭矩，二是满足陀螺仪和陀螺定向仪测斜及定向的需要。本工程采用Φ89mm或Φ73mm钻杆。钻铤：钻铤是实现孔底加压，预防孔斜，保证钻具工作的稳定和垂直的重要部件，以减少孔斜发生。本工程拟选用Φ178mm或Φ172mm钻铤。钻头：根据钻孔孔径和所穿过的地层，在表土段和风化基岩段分别选用Φ216mm、Φ190mm三牙轮钢齿钻头。基岩较硬岩石段采用Φ190mm三牙轮镶齿钻头，或三翼阶梯钻头，以提高钻进效率。钻具配合：108×108mm主动钻杆→Φ89mm（或Φ73mm）钻杆→Φ178mm(或Φ172mm)加重钻铤→Φ216m（或Φ190mm）钻头。7.2.3纠偏钻具为了满足冻结孔各深度段孔间距的要求，在冻结孔的施工中，必须要有有效的定向、纠偏手段，否则，冻结孔将无法保证质量。因此，纠偏技术、纠偏机具显得尤为重要。为提高纠偏效率，本工程选用北京石油机械厂生产的5LZ165×7螺杆钻具作为纠偏钻具，螺杆钻参数见表7－4。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计螺杆钻参数表表7－4型号马达流量（l/s）钻头转速（r/min）输出扭矩（N﹒m）输出功率（kw）马达压降（MPa）5LZ165×716—3095—180320035—652.4纠偏钻具配合：108×108mm主动钻杆→Φ89mm（或Φ73mm）钻杆→稳定器→弯接头→螺杆钻→Φ216mm（Φ190mm）牙轮钻头7.2.4测斜仪器与定向仪器根据冻结工程质量要求,本工程选用北京建井研究所生产的JDT－3A、JDT－5A型陀螺测斜仪，定向仪选用陀螺定向仪和经纬仪。7.2.5泥浆净化设备为了降低泥浆中的固相含量，提高钻进效率，减少泥浆泵、螺杆钻的磨损，实现安全、文明生产，除采用加长泥浆循环槽自然沉淀除砂外，每台钻机或配备一台ZS1500×1120×2型振动除砂器。7.2.6废浆排放系统从本矿井的地层特征来看，表土层段以粘土为主。粘土层所占得比例在60%以上。钻进过程中将有50%以上的钻屑成为泥浆。所以岩粉的处理将以废浆排放的形式为主。为满足排浆的需要，我们布置一台630/30或NBB-250/6泥浆泵及一条排浆管路构成排浆系统。7.2.7供电设备投入该工程单台设备装机容量为150kw。在正常运行中泥浆泵的实际耗用功率可达90%，而钻机及其它辅助设备的实际功率仅为60%左右，则台套设备的实际耗用功率为：75×85%+75×60%=108.75kw。平均负荷取110kw。主要设备总负荷=单台钻机负荷×钻机总台数=110kw×5台=550kw。辅助设备，如电焊机、潜水泵等，用电50kw左右，施工总负荷约为600kw。要求投入施工的各类设备进场前应达到完好的状态，并备有设备检修卡，以便检验查证，所用材料的规格质量应符合工程需要，同时应具有出厂合格证。使用前进行抽样检查验证，坚决杜绝将不合格品用于工程中去。所需设备见表7-5。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计施工设备一览表表7-5序号名称规格型号功率（kW）数量（台）1钻机SPS－200075102钻塔四角22m103泥浆泵TBW－850/575124测斜仪JDT－5A45电焊机BX－3002256经纬仪27泥浆泵600/30或NBB-250/63028钻进工具12套9钻杆Φ89mm2500m10钻铤Φ178、Φ172100m7.2.8开钻前的准备（1）灰土盘及泥浆沟池的施工灰土盘制做：从自然地坪下挖0.2m去浮土夯实，上铺三七灰土，搅拌均匀，分三次夯实。夯实厚度应不小于0.4m，要求平整度不低于5cm。然后，在三七灰土盘之上浇注C-20混凝土，厚度为0.3m，并预留出钻孔窝和泥浆循环沟槽。要求混凝土盘表面不平整度不大于1cm。该冻结孔工程每个井口计划安排5台钻机施工，需建5条循环沟槽和7个泥浆池，其中两个为清水池。其泥浆池规格为3×3×1.5m。形成配套的泥浆循环系统，以满足冻结施工需要。施工井盘直径（D）：水泥盘直径26m；外加泥浆沟槽两圈，两道墙。泥浆沟槽宽0.3m，墙厚0.24m，则三、七灰盘顶面外近为30m。（2）钻孔布放各类钻孔的放定，要求采用经纬仪极坐标法，放孔误差不大于2mm。（3）钻控设备及供电设备安装①设备安装要稳固、周正、水平，天轮立轴及钻孔中心要位于同一垂直线上。②所有电气设备都要有合格的接地极，配电室开关箱设漏电保护装置。③进入雨季后，钻塔上必须安设避雷针。其接地线不能与钻塔接触，接地电阻不得大于10Ω。接好后要进行测试，达不到要求必须处理。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计④配电室内要悬挂操作规程和岗位责任制牌板。⑤按规定配备绝缘鞋和绝缘手套等保护用品。⑥按规定配备灭火器、消防沙和消防锨等灭火器材。⑦工程开工前，应按要求对泥浆循环系统和机械运转系统进行试运行，发现问题及时处理，以确保开工后各系统能正常运转。7.2.9施工工艺及主要参数（1）施工过程①移位与找正；②开孔与钻进；③测斜与纠偏；④下管与试压。（2）钻孔施工工艺流程详见图7-1冻结钻孔施工工艺流程图图7－1钻场施工测量定孔位孔设备安装制备泥浆正常钻进测斜配管试压下管纠斜试压单孔完成搬迁另一孔位施工偏斜正常85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计（3）钻进参数采用合理的钻进参数不仅能保持钻进的高效率，而且能有效地减少钻孔偏斜。在该工程施工中，将采用表7-6中的钻进参数。钻进参数表表7-6地层钻压N泵量L/min转速r/min泵压MPa砂土4000-6000≮85069-1104.5粘土8000-10000≮800110-1905姜结石层8000-10000≮80069-1104.5岩石12000-16000≮80069-1105（4）泥浆参数所用泥浆的主要材料是膨润土，其添加剂为纯碱及水解聚丙烯腈。要求的泥浆性能指标见表7-7。泥浆性能指标表7-7钻进岩性粘度（s）比重（kg/m3）失水量(ml/30min)含砂量(%)PH值胶体率(%)砂层20-251.10-1.15≤20<3.57-9>98粘土18-201.05-1.10≤20<3.57-9>98基岩19-221.05-1.15≤20<3.57-9>98（5）测斜与纠偏①钻孔测斜钻孔施工过程中，要加强孔斜监测工作，以保证钻孔的垂直度及孔间距符合设计和规范要求。测斜方法：采用陀螺仪测斜，测斜段距一般为20～40m。当钻孔纠偏后或处在易斜地层以及偏斜接近超限的临界点时，应缩短测斜段距，加密测斜。当钻孔处在偏斜顶角及偏距较小的情况下，也可适当放大测斜段距。施工过程中要定期对使用的仪器进行检查和校验，以保证仪器的精度和测斜资料的可靠性。仪器校验要做好记录，以备后查。钻孔终孔后要进行全孔系统测量，测距为20m。并根据测斜结果，绘制钻孔偏斜平面图，用以指导下一孔的施工。②纠偏工作对于深冻结孔施工来说，虽然防偏工作应加强，但有效的纠偏手段和方法也是必要的。否则，要保证工程质量和工程的顺利施工是很困难的。在钻孔测斜过程中，一旦发现孔斜有超限的趋势就应立即进行纠偏。纠偏方法有两种：一是垫钻塔纠偏；二是螺杆钻纠偏。一般在孔深不大于280m时，采用第一种纠偏方法；孔深大于280m后采用第二种纠偏方法。但不允许采用移钻塔法纠偏。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计（6）下管冻结管下放是冻结孔施工的最后一道工序。为保证冻结管安全、顺利、快速地下放到设计深度，应做好以下工作：①保证冻结管能下放到设计深度，钻孔终孔深度应比设计深度深1.0～1.2m。②为保证孔深的正确无误，每孔终孔后必须丈量钻具。③为减少孔底岩粉的沉淀量，确保冻结管下放到设计孔深，下管前应有不少于1小时的冲孔时间。④为防止泥浆吸卡冻结管，保证下管的安全，下管前应将泥浆调稀，其粘度不大于20s。⑤钻孔下管前要提供下管通知单，内容包括孔号、孔深、测斜深度、偏率、偏值、偏向等。经验收合格后，配合冻结单位进行下管工作。（7）水文孔的施工水文孔下管前，要用大于水文管直径50mm的钻头扩孔，并用稀泥浆冲孔。下管后，用捞粉管捞净管内岩粉，并用清水将管内冲洗干净，直至管内返清水为止。（8）冻结器下放的焊接要求①冻结管管箍，底锥与焊条材质必须一致，均为20#低碳钢无缝钢管；②冻结管要按照规定，进行材质抽验，提供抽验报告；③冻结管必须从正式厂家进货，必须有材质单，所进焊条必须是低碳钢专用焊条，要有合格证，过期焊条严禁使用；④每批新进钢管应抽验进行压力试验，其压力为7Mpa，无渗漏现象为合格。分管径和壁厚作冻结管管箍焊接力学试验，每组三根；⑤冻结管底锥焊接必须是双层，焊接后必须不漏；⑥焊接时要求管端必须对正，保证同心度；每道焊缝要求两管端打45°坡口后焊接，焊缝厚度及强度大于母材；⑦冻结管起吊后，用大锤敲打，清除管内杂物，并将管端用钢刷及破布擦净，清理干净后方准焊接，确保焊接质量；⑧下放冻结管时，当管箍焊好以后，必须自然冷却3～5min后方可下入冻结孔内，防止管接头变脆。每个接头焊接必须符合焊缝施工要求，坡口要打成45°。⑨冻结管在地面配管时，必须实行定人焊接，专人负责检查制度，并做好记录，提高责任心，发生渗漏，以便查找原因；⑩冻结管打压试漏，必须将其放入孔底，不得用卡子，将其悬吊在井口钻机卡盘上试压，以防猛脱；每个冻结管管箍焊接时，要达到以下要求：1）先用钢刷除锈，将管接头置中间放正，保证同心度，然后焊接；2）要将药皮敲净；3）焊缝厚度均匀饱满；4）每根焊条一次性焊完，不允许断弧；5）不允许在冻结管和管箍上起火，以防减薄冻结管有效厚度；85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计6）焊后用刨光机或锉将管箍上的毛刺和多余部分找平，便于下管子时快速对焊成功；7）采用电流要适中。a、双人对焊，使用Φ3.2mm的焊条打底，Φ4.0mm的焊条正式焊接；b、地面配管时，将管箍两头均插试一下，将紧的一头焊在冻结管上，将松的一头留作下管时使用，有利于快速下管；c、地面管箍分颜色、分类堆放好，并插上标识牌；d、不同类型的冻结管，以及地面配好的冻结管，要分类堆放，并插上标识牌，不准混放；e、提前加工好圆钢圆台型楔铁，以便于将变型的管头在下管时及时校正；f、要带好护镜、围裙及护膝、手套，搞好个人防护。每个冻结孔打完后，必须丈量钻杆长度，确认钻孔深度达到设计深度要求，并比设计深度深0.5m；及时进行测斜，确保偏斜符合设计要求；当深度及偏斜均符合设计要求后，及时用泥浆冲孔，调整泥浆浓度，下发下孔通知单开始下孔。在钻孔尚余30m左右，提前配管，并按下放顺序将冻结管码放在钻机钻架底座上，准备下放。不同厚度的冻结管要按下放顺序摆放好，变径接头及底锥要标示明显，便于区分。根据每孔深度进行配管，并对钢管逐根丈量、编号、配组，并做好原始记录，钻机人员根据记录，在下放时再复核校对，确保下放钢管与钻孔深度相符合。每个钻孔必须及时准确填写测斜记录、下管通知单、配管记录、打压试漏记录并经监理签字，还要填写焊接下放记录、配管记录、复检记录等。（9）其它①钻机开钻时，提前将井架基础下部的钻孔打完，便于后期开挖井架基础与打钻平行作业，能缩短工期。②在打钻后期，剩3台钻机时，打钻与下供液管平行作业，有利于缩短工期。③在打钻后期，提前将水文孔与测温孔位置确定好，便于布置5台钻机均匀施工，有利于缩短工期。④仅剩两台钻机时，对孔间距大或有疑问或认为有必要复测的钻孔或层位提前复测。在拆除灰土盘时，必须用小挖掘机，必须用小红旗标识钻孔位置，专人指挥挖掘，不允许挖坏冻结管酿成断管重大事故。⑤每次下放冻结管时，绳套及卡子、管子上焊接的防脱挡扣强度必须足够大，严防出现脱扣伤人，卡子上的绳卡槽必须有防脱绳装置。所有参与下放管子的人员，必须站在钻架“人”字形斜架内侧，严防脱绳时伤人，确保下管子时的人身安全。⑥冻结孔、测温孔、水文孔钻进，每隔20～30m应测斜一次，偏斜率超过规定应纠正。⑦资料竣工后提交如下资料：1）钻孔施工数据总表；2）钻孔测斜成果表；85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计3）钻孔偏斜总平面图；4）冻结检查孔柱状图；5）水文孔施工结构图；6）冻结孔施工竣工报告；7.3冻结施工方法及工艺根据冻结站的总体设计，按照先设备后管路的安装程序和施工图的技术要求，将三大循环系统分别进行安装，并按《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）要求试压、检查验收。冻结站采用14台KA25LDP型低压机和14台KA20CBY型高压机，进行串联双级压缩制冷。配备14台ZNX-1500型蒸发式冷凝器作为冷凝设备。以氯化钙盐水溶液为冷媒剂。采用计算机自动温度监测系统，监测冻结壁温度场变化情况和验算冻结壁的厚度。7.3.1制冷系统安装（1）冻结站安装冻结站安装包括氨系统、盐水系统及冷却水系统安装，要求根据冻结站的总体设计，按照先设备后管路的安装程序和施工图的技术要求，将三大循环系统分别进行安装，并按《矿山井巷工程施工及验收规范》要求试压、检查验收。冻结站设备、压力容器及阀门在安装前必须进行清洗和压力试验，安全阀、液面指示器、放空气阀安装前必须做灵敏度试验，氨、盐水系统管路采用低碳无缝钢管，盐水箱安设液面自动报警装置。冻结站管路试压合格后，对氨低温管路和站内盐水管路进行保温包扎。(2)冻结沟槽施工及冻结器安装冻结钻孔竣工后，进行冻结沟槽施工和冻结器安装，冻结器安装完毕要对沟槽进行清理，做到沟槽内清洁整齐。沟槽内要安装盐水流量检测和控制装置，以便按时检测和调整各冻结器的盐水流量。盐水系统试压合格后要按设计要求对盐水管路进行保温包扎。(3)化盐水按照设计的比重配制盐水，配制盐水时，要防止异物混入，以免使冻结器堵塞影响井筒的正常冻结施工。以上各工序进行完毕，即可进行充氨试运转。试运转期间，要认真调试各系统的运转参数，并进行对各冻结器盐水流量的检测和调整工作，各冻结器的盐水流量必须达到设计要求。(4)正常运转、设备检修和检测监控包括积极冻结期和维护冻结期。从开机到井筒掘砌到冲积层底板的时间为积极冻结期，井筒基岩段掘砌和内层井壁施工期间为维护冻结期。冻结期间，要按设计的开机台数和降温计划控制各项运转参数，并进行水文孔水位、参考井水位、测温孔温度的检测，井筒掘进期间的井帮温度、冻结壁位移的观测等要进行严格的检测监控，为井筒的掘进施工提供可靠的依据。7.3.2冻结施工工艺(1)制冷冻结施工顺序85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计施工准备→基础施工→设备就位及管路和地沟槽安装→试压保温包扎→配制盐水→清水、盐水系统试运行→充氨、试运转→冻结正常运转→监测、监控→试挖→正式掘砌→维护冻结→停机→冻结验收。冻结钻孔施工工艺流程见图7-2。冻结工程施工工艺流程图图7-2基础施工安装化盐水冻结沟槽施工冻结器安装试压包扎充氨试运转检修监测监控正常试运转试挖正式掘砌冻结站拆除7.3.3冻结施工主要技术要求85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计(1)基础施工：以冻结站所在区域自然地坪标高最高点为基准，高于该点300mm处埋一木桩，作为冻结站地坪控制标高，设备基础高出站地坪100mm，盐水箱基础上面标高高出站地坪300mm。要求盐水箱上沿高出集配液圈上沿标高至少300mm。盐水干管的下沿要高出集配液圈的上沿，确保配液圈满管供液。根据平面布置图测量放线，按基础图规格、尺寸要求施工。(2)冻结站安装：冻结站安装形式为高、低压双级压缩系统。安装前对所有的设备、阀门检修完好，各种管路清理干净，所用的机具及吊装钢丝绳套5根、撬杠15根、垫铁若干、所有设备基础地脚螺栓及螺帽等准备齐全，做好设备就位、找平、找正工作。所有设备就位后，按照高、中、低压和盐水管路四大系统，分系统进行管路安装，所有焊工均要持证上岗，严格按照管道焊接要求认真焊接，在确保氨系统管路清洁度非常高的情况下，一次焊接成功。(3)试压、保温：制冷三大循环系统安装完毕后，严格按《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）要求进行压力试验和真空试漏。试压合格后对冷冻机低压管路和盐水系统管路、盐水箱、中冷器等低温管道、设备、阀门等隔热保温包扎，确保隔热性能。(4)充氨、试运转：试运转前先按设计比重配制氯化钙溶液（盐水冷媒剂），在冷却水系统、盐水系统工作正常后进行充氨试运转工作。试运转正常即可开始积极冻结运转。(5)温度测试：设专人进行测温,冻结站开机前要对原始地温、参考井水位、水文孔水位、水温统一检测一遍，并做好记录。在积极冻结期间测温工作要每天进行一次，维护冻结期间每二天进行一次，所测资料阶段性上报处有关部门。(6)冻结器运转初期要检测各孔盐水流量,并观测冻结器结霜情况，确保每个冻结孔畅通且流量基本均匀。(7)加强车间管理，使盐水温度尽快达到设计要求。(8)在冻结期间，冻结井周围抽水影响半径内的水井一律停止使用，以保证冻结井筒冻结壁按时交圈。(9)井筒开挖：通过测温孔、水文孔数据计算，分析冻结壁发展状况，综合分析确认冻结壁已满足开挖条件后，才能开挖。开挖过程中，继续加强井帮温度等各项检测工作。严格控制段高和井帮暴露时间。根据冻土发展状况和冻结壁温度，在冻结壁已满足井筒掘砌施工安全的前提下，适时减少开机台数和供冷量，转入维护冻结。(10)应按“规程”和设计要求，根据不同地层严格控制掘进段高。(11)冻结段井筒需放炮施工时,在放炮前，掘进单位应通知冻结站值班人员，以便检测盐水系统是否正常运行。冻、掘双方有关人员要密切配合，经常下井观测冻土发展情况及不同地层的井帮温度，做好原始记录，有异常情况双方尽早发现，积极采取措施，确保井筒安全通过冻结段。(12)冻结施工人员严格按各项规程施工，认真执行ISO9001程序，坚持把好各工序及施工过程质量关，确保冻结工程达到优良标准。(13)冻结工程结束后，提交全部施工资料及竣工报告。8冻结过程的监测与控制8.1冻结工程监测目的（1）为冻结井施工及时提供反馈信息85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计对冻结井进行现场监测可以及时提供施工过程中的数据和资料，检验设计和施工的正确性，及时调整施工参数，以此达到信息化施工的目的，使得监测数据和成果成为现场施工管理人员判别工程是否安全的依据。（2）为设计和施工的重要补充手段井筒设计和施工方案是设计人员通过对实体进行物理抽象，采取数学分析手段开展定量化预测计算所定，由于地质条件的复杂性和施工过程的多变性，对于在设计计算中未曾计入的各种复杂因素，都可以通过现场监测结果分析加以局部修改和完善。（3）作为施工开挖方案修改的重要依据根据工程实际施工的结果来判断和鉴别原设计方案是否安全和适当，必要时还需对原开挖方案和支护结构进行局部的加固和修改。（4）是判断冻结壁是否达到设计标准的重要依据采用冻结法施工，首先要求冻结壁必须交圈；然后要求它的厚度和冻土强度必须满足设计要求。而这一切，都必须通过现场监测数据来进行分析判断，以确保工程的安全可靠。8.2监控内容及监控方案（1）冻结孔测斜监测目的：监测冻结孔深度、偏斜和冻结器试压情况，对于不符合设计及规范要求者应及时纠正，这是保证冻结施工安全的基础。监测内容：对每个冻结孔的钻孔深度、偏斜进行检测，对每个冻结器进行耐压实验。监测方法：冻结钻孔的深度，用测绳进行实测。冻结孔的偏斜监测主要为成孔偏斜复测，每50m复测一次。冻结管的耐压试验用水压机进行加压。监测仪器及其精度：采用JDT－5A型陀螺仪测斜，其主要技术参数：精度±3′～±5′；测深500M；环境温度范围0℃～30℃。提交的成果资料：冻结孔偏斜总平面图；冻结管试压试漏数据记录表；冻结孔深度复测表。（2）冻结站制冷系统运转指标监测监测目的：通过对冷冻站的氨系统、盐水系统、冷却水系统中的温度、压力、电流等进行监测，来分析冷冻站的运转指标，以确保其安全有效地制冷。监测方法：分别在循环管路中安设测温元件、压力计等来实现上述指标的监测。监测周期：监测周期是从冻结运转至结束，对冷冻站运转设备及各部位观测点进行不断连续观测。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计提交的成果资料：数据记录分析表、对各项运转指标综合分析、及时反馈设备运转情况。（3）冻结制冷盐水温度、流量和盐水水位变化的实时监测监测目的：了解每个冻结器的工作状况和散热系数，以及全部冻结管的平均散热能力。保证对每根冻结管提供足够的冷量，确保冻结壁的形成。对盐水水位变化监测，可及时掌握和监控盐水系统运转情况和盐水漏失现象，保证冻土墙的均衡发展和安全。监测方法：在盐水干管和部分冻结管中安装流量计；在每个冻结器的供、回路上安装测温元件；在每个盐水箱上安装电子液位自动报警器。监测周期：从界开始，即进行盐水温度监测，直到冻结结束，在积极冻结期每8个小时监测一次，在维护冻结期，每天监测一次。提交的成果资料：数据记录分析表；监测数据的整理；绘制盐水温度变化曲线图（4）冻结壁温度场和厚度监测监测目的全面监测整个冻结过程中的发展情况，掌握其施工过程中的温度分布规律，正确判断冻结壁的交圈时间、厚度、平均温度，以便及时采取相应措施。测温孔的布置和埋深：南风井进、回风井每个井设计了3个测温孔，根据井检孔揭露地质层位情况，在不同深度水平设置传感器，具体位置现场确定。监测仪器及其精度：采用山东烟台奥深电子有限责任公司生产的TZW－100多路数字式温度监测仪器监测冻结温度。该仪器系统安装简单，抗干扰性强，自动化程度高，性能稳定，可实现远程监控。其主要性能：54路全数字温度巡回检测，测量最大点数5个，测温精度±1℃，测温范围－55℃～125℃。监测周期：从积极冻结期开始时即进行温度监测，直到井筒冻结施工完毕。在积极冻结过程中，8h监测一次，在维持冻结过程，每天监测一次。提交的成果资料：数据记录分析表；冻结壁在不同时期沿深度的温度分布曲线图；冻结壁在不同时期各层水位水平方向温度分布曲线图；冻结壁实测厚度随时间变化曲线图。（5）工作面井帮温度监测监测目的：判断冻结壁的可靠性预测工作面以下冻土扩展情况，及时调整冷量，以保证冻结壁冻土的扩展或退缩，为挖掘创造良好、安全的施工条件。测点布置及埋深85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计每个段高开挖区水平方向沿周围4～8个测点，以观察井帮及冻土进入荒径发展情况。测量使用半导体单点温度计，探头遇冻土时，采用钻眼放入测点，未冻土直接插入土层中测温。测量仪器：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～＋50℃，精度±0.5℃。监测周期：根据开挖情况实时监测，井帮暴露时每天测温一次，或每段高测温一次。提交成果资料：数据记录分析表；沿井筒周边温度分布曲线图；沿径向温度分布曲线图。（6）冻结壁的变形和位移监测监测目的：冻结井筒在深厚粘土掘进过程中，冻结壁产生塑性变形，周边向井内位移。冻结壁变形量及发展速度，往往是判断冻结壁稳定性和冻结管是否安全的重要指标，是选择掘进段高的重要参数。所以，在施工中应重视对冻结壁塑性变形的量测，以掌握其规律。监测方法：在掘进时沿井筒四个方向，在井壁的钢筋钩上各悬挂一根垂线，随掘进每隔0.5～1米就在冻结壁上依次打入钉子作测点，定期用钢尺测量各钉头与垂线间的变化，以求得冻结壁不同部位上在一定时间内的位移量。测试仪器机器精度：测试仪器用钢尺或收敛仪监测周期：在深部关键层位每天观测一次提交的成果资料：位移值沿深度的变化曲线图：位移最大值发生的方向部位。（7）水文孔水位的监测监测目的：根据水文孔的水位变化情况，可作为初步判断冻结壁是否正常交圈的手段之一。监测周期：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。提交的成果资料：每次测试的水文累计变化量成果表，水位变化量历时曲线图9冻结壁形成特性预测9.1冻结壁形成状况预测冻结前，同一深度的地层具有相同的原始地温。冻结器循环低温盐水后便引起周围地层温度的变化，并环绕冻结器形成各自独立的冻土圆柱。随着冻结时间的延续，冻结圆柱继续向外扩展至相邻冻土圆柱连接成闭合冻结壁的时间，简称冻结壁交圈时间。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计冻结壁交圈时间除与冻结管直径、地层原始温度、冻结盐水负温值及其在冻结器环形空间内的运动状态有关外，还与含水层的矿物粒径、冻结孔间距有关。根据风井检查孔柱状分析，两风井均设置1水位观测孔：孔深179m，套管结构。9.2主孔圈与辅助、防片孔圈之间的冻土交汇时间主冻结孔圈与辅助、防片帮冻结孔圈之间的冻土交汇时间，主要与冻结孔开孔间距、冻结管直径、布置圈直径、冻结盐水温度、冻结器环形空间内盐水流动状态、土层性质等因素有关。根据谢桥副井、陈四楼主副井、程村主副井、顾桥副井、赵固一矿主副风井、泉店矿主副风井等冻结壁形成特性的实测研究和理论分析，提出风井344.38m冲积层冻结采用主冻结孔内侧增设辅助冻结孔、防片帮冻结孔布置方式条件下的孔圈之间冻土交汇时间（见表9－1）。风井主冻结孔圈与辅助、防片帮冻结孔圈之间的冻土交汇时间表9－1序号深度/m外圈与辅助孔之间的距离mm中圈与防片孔之间的距离mm中圈外圈土层冻土交汇的时间/d中圈内圈圈土层冻土交汇的时间/d10～10025001100(1)粘土=68(2)粉砂、砂质粘土=63(3)细砂=57(1)粘土=31(2)粉砂、砂质粘土=28(3)细砂=252100～17925001100(1)粘土=68(2)砂质粘土=63(3)细砂=57(1)粘土=31(2)砂质粘土=28(3)细砂=253179～冲积层底部2500(1)粘土=68(2)砂质粘土=639.3冻结壁内侧冻土扩至井帮的时间冻土扩至井帮的时间主要与冻结孔布置方式、辅助冻结孔圈和防片帮冻结孔圈至井帮的距离、冻结孔的开孔间距和管径、冻结盐水的温度及其在冻结器环形空间内的流动状态、土层性质等因素有关。根据陈四楼主副井、程村主副井、顾桥副井等冻结壁实测资料与实践经验的综合分析结果，推算出风井不同深度代表性土层冻结壁扩至井帮的时间（见表9－2）。表9－2风井冻土扩至井帮的时间预测序号深度/m辅助、防片孔圈距井帮的距离/mm冻土扩至井帮的冻结时间/d10～2151225(1)粘土=68(2)粉砂、砂质粘土=62(3)细砂=5785 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计2215～344.382325(1)粘土=130(2)砂质粘土=1169.4冻结壁外侧冻土扩展范围在陈四楼主副井、潘三东风井、程村主副井深部粘土层外侧冻结壁厚度（Ey）与冻结时间（T）的关系曲线综合分析的基础上，提出风井外径为159mm条件下的外侧冻结壁厚度扩展状况预测。风井井粘土层外侧冻结壁厚度（Ey）与冻结时间（T）的关系预测1—冻结管外径为133mm；2—冻结管外径为159m9.5井筒开挖时间预测（1）井筒开挖标准①水文孔冒水后证实主要含水层冻结壁已交圈；②根据测温资料分析，井筒掘砌至各水平时，冻结壁能够达到设计需用的强度和厚度；③水文孔有规律的向外溢水7天，且水量较为稳定；④凿井设施已经全部安装测试完毕。（2）井筒开挖时间根据井筒综合成井速度，考虑冻结段粘土层冻结壁所需要的厚度和强度，参考XX地区冻结施工资料对冻结温度场进行计算，开冻至开挖时间为75天。9.6冻结壁形成预测根据外壁掘砌指标，XX南风井进、回风冻结壁厚度预测见表9-3风井冻结壁形成预测表9-3冻结时间地层掘进直径冻结壁有85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计(d)预计掘进深度(m)(m)效厚度(m)冻结壁平均温度(℃)7520粘土7.32.7100105细砂7.35.3121178细砂7.955.6147268粘土7.956.3168342钙质粘土7.956.6-15.210.冻结施工主要措施及应急预案10.1施工工期保证措施10.1.1冻结造孔工期保证措施为保证该工程的顺利施工，确保按期完成了施工任务，拟采取以下措施：(1)选择打钻水平较高和有深基岩施工经验的施工队伍和先进的水文2000钻机及纠偏钻具，选派85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计经验丰富的项目经理，配备充足的管理人员和技术人员，抽调经验丰富的施工钻机，组成一支过硬的施工队伍。(2)对项目部采取项目承包责任制，对施工钻机实行计件制。充分调动全员积极性。(3)认真研究和优化施工技术方案，积极开发和应用新技术、新工艺。(4)科学合理安排施工钻机的台数。(5)在施工顺序上，先深后浅，以便施工钻机的循环撤出。(6)对测井使用的仪器，定期进行校验，减少仪器误差，缩短测斜时间。(7)加强测斜和纠偏的管理工作，组成测斜纠偏技术小组，增强纠偏工作的专业性，保证钻孔纠偏的成功率，减少钻孔的纠偏时间。(8)改造钻塔前门，增大单根冻结管的提升长度，减少冻结管的接头数。加强与冻结单位的配合，选择操作熟练的工人操作，冻结管及时注水，增加冻结管自重，减少下管的辅助时间。(9)保证钻探设备的完好率，现场配备有经验的设备维修人员，备足配件，确保设备的完好运转时间，在下冻结管期间做好设备的检修工作，不影响纯钻进时间。(10)强化施工中的质量管理，杜绝返工现象。(11)加强安全管理，确保工程的顺利施工。10.1.2冻结工期保证措施(1)认真优化施工方案，精心编制施工组织设计，确保技术方案可靠，工期设计合理，为顺利施工打下良好基础。(2)实行项目法施工，优化项目部管理机构，选派业务技术强、有丰富冻结施工经验的队伍。(3)加强工程动态管理，采用网络技术管理全工程。严格按计划控制各工序的时间，及时消除影响工期的不利因素，确保工期的计划进度。(4)落实承包责任制，积极开展劳动竞赛，充分调动职工的积极性，确保施工工期按期或提前完成。(5)保证冻结站安装质量。在冻结制冷期间，项目部要对班组实行盐水温度、制冷效率等指标即时考核制，以提高制冷效率，保证设备正常运转，缩短盐水降温期。(6)真诚与甲方、监理、质量监督等单位密切配合，自觉接受监督、检查，及时研究解决工程中的问题，保证按期、优质完成风井井筒冻结工程。10.2施工质量保证措施10.2.1冻结工程施工质量目标：工程质量优良。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计10.2.2冻结工程施工质量执行标准(1)《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）；(2)《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（MT5009-94）；(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办法》；(5)《煤矿安全规程》。10.2.3施工质量保证体系(1)树立以“质量是企业生存的关键”“为业主负责”“百年大计，质量为本”的指导思想，强化全体管理人员和施工人员的质量意识，制定质量责任制，落实到施工全过程中。(2)实行全员、全过程、全方位质量保障管理与监督机制，企业主管领导亲自抓质量，项目部经理主抓质量，项目部副经理负责质量，企业设质检科，项目部设一名专职质检员，施工班组设一名班组长检查施工质量。形成上下配套的专项质检机构，质检人员具有质量否决权和惩罚权。(3)认真贯彻执行企业颁发的（IS09001：2000）《质量手册》和一系列《程序文件》以及编发的第三层次支持性文件作为质量管理和指导过程控制的依据。(4)严格按照ISO9001-2000质量标准体系进行操作，建立健全质量保证体系、质量管理机构、组织机构和监督机构，确保质量目标的实现。(5)严格坚持本企业的质量管理制度：包括施工组织设计讨论研究，施工图纸会审、施工措施审批、技术交底、质量分析会、质量考评和班前会等有关制度，坚持执行班组质量日检，项目部旬检、企业月检的三级检查制度。(6)严格施工质量管理程序，层层把关。关键工序控制落实到人，建立健全岗位责任制，认真执行“安全、技术操作规程”。按有关技术规范、规程、标准、法规施工。设专职质检员，建立严格的自检、互检、工序联检制度，形成相互约束机制。(7)坚持强化投入本工程施工全体员工的质量意识教育，使之真正理解质量是工程施工的重中之重，加强职工的业务技术和全面质量管理知识的学习，自觉遵守有关施工质量标准的意识。(8)坚持实行质量承包责任制，企业将工程施工内容承包给项目部，项目部分解至各班组负责人。工程量、质量、工期、安全等各项指标层层落实，逐项考核，实行奖惩激励机制，充分调动职工的积极性。(9)85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计坚持严格按有关技术规范，技术标准和施工组织设计、施工图进行施工，做好施工质量原始记录，应用质量统计技术，进行质量分析，积极开展QC活动，做好各工序质量控制，并主动自觉接受建设方、监理部门及质检部门的监督检查，定期报送有关质量报表，及时提供施工质量数据资料。(10)本工程不断应用新技术，推广新工艺，采用先进的施工监测，监控设备和仪器，按照招议标书的要求，确保工程施工质量。10.2.4施工质量保证技术措施（1)钻孔施工质量保证措施，采用钻、测、纠相结合的冻结孔钻进技术，严格控制冻结孔向井内偏斜，确保钻孔垂直度，缩小冻结孔间距，加快冻结壁形成速度，为缩短凿井工期创造条件。1)冻结钻孔布置采用经纬仪或钢尺测定孔位，孔位不得随意移动。2)合理选择钻进技术参数，定时测定泥浆指标，根据不同地层及时调整泥浆技术指标，防止孔壁坍蹋掉块，确保泥浆护壁效果。3)提升钻具时，应向孔内注入新浆，防止塌孔，终孔用新鲜泥浆循环，把岩粉全部排出。4)预防钻孔偏斜措施：钻机安装稳定，立轴不旷动。开孔钻进时应轻压、慢转。随着钻进深度的不同，随时增减加重钻具。所有钻具要详细检查，弯曲和磨损过大的钻具严禁使用。钻进中加尺或更换钻头时，适当提钻具扫孔，但不准将钻具停在一个深度长时间冲孔，减少自然偏斜。5)为检验钻孔偏斜情况，按要求间隔深度及时测斜，遇有地层发生较大变化或易偏斜地层加密测点，逐点把关并及时上图校验。发现偏斜超限立即纠偏。6)冻结管下置前要在地面配组，丈量冻结管长度，清除管内杂物，下管后进行复测深度，确保冻结管下置深度符合设计要求。7)认真检查冻结管质量，严禁使用弯曲、变形、夹皮、薄厚不均等有缺陷的冻结管。8)冻结管焊时，管端要端正，确保同心度，每道焊缝至少要焊三遍，焊缝厚度不小于管壁厚度。9)采用先进的定向纠偏钻具技术，对超偏钻孔进行人工定向纠偏，冻结孔间距超过规定时，必须打补孔。（2)冻结施工质量保证措施1)基础施工：根据平面布置图测量放线，严格按图纸要求施工。2)85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计冻结站设备容量要满足井筒需冷量要求，并有一定的数量的备用，安装质量要符合设计要求。运转过程中要合理配组，及时调整各项运转参数指标，使盐水温度尽快在规定时间内达到设计值。3)冻结站安装：安装前应对所有的设备、阀门进行检修，各种管路清理干净，所用的机具准备齐全，做好设备就位、找平、找正工作。4)试压、保温：三大循环系统安装完毕后，严格按《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）要求进行压力试验和抽真空试漏。试压合格后对冷冻机低压管路和盐水系统管路、盐水箱、中冷器等低温管道、设备、阀门等进行隔热保温包扎，确保其保温性能。5)冻结沟槽要安装流量检测和调控系统，以便随时检测和调整各冻结器的盐水流量。6)充氨、试运转：试运转前先按设计比重配制盐水，在冷却水系统、盐水系统工作正常后进行充氨试运转工作。试运转正常即可开始积极冻结运转。7)冻结运转期间，定期检测各冻结器的纵向温度，对测温孔各水平温度、水文孔的水位变化情况逐日定时检测，以便及时掌握冻结壁发展状况。8)加强盐水温度、冻结壁温度、冻结壁变形等技术参数的监测、监控，并及时分析预测冻结壁的发展情况，为安全施工做好技术保障。9)用点温计检测冻结器纵向温度分布，以便判断冻结器是否运转正常，并据此分析不同地层中冻结发展状况及地下水流动对冻结壁造成的影响问题。10)及时调整冻结站运转状态，冻结施工中加强冻、掘动态管理，冻结站合理配机，提高制冷效率，加快盐水温度降温速度，促使冻结壁尽快发展。掘砌通过表土后转入维护冻结，根据测温孔检测情况，减少冷冻机运转台数，根据复壁情况适时停止冻结。11)井筒开挖：通过测温孔、水文孔观测数据，计算、分析冻结壁发展状况，综合分析确认冻结壁已满足井筒开挖条件后，才能开挖。开挖过程中，继续加强井帮温度等各项检测工作，尤其是200m以下的白垩系段施工，要坚持每个段高检测井帮温度。根据冻土发展状况和冻结壁温度，在冻结壁已满足井筒掘砌施工安全的前提下，适时减少井筒供冷量，井筒掘过白垩系后才可转入维护冻结。12)加强冻结壁检测、监控，每月定期根据测温资料分析冻结壁温度场，预测各水平冻结壁形成的情况，为冻结、掘砌施工提供依据，确保冻结、掘砌施工安全。13)加强对白垩系地层井帮温度检测，对冻结壁状况进行分析，为掘砌施工提供依据，保证安全。14)加强与掘砌单位的配合，根据井下实测及冻结壁发展状况，确定可靠的段高和井帮暴露时间，保证井筒掘砌施工的安全。附：冻结工程质量管理组织体系图85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计冻结工程质量管理组织体系图项目经理技术副经理生产副经理项目质检部项目专职质检员机修班质检员钻机班质检员工程科机电科供应科总经理生产副总经理总工程师电工班质检员监测组质检员焊工班质检员冻结运转班质检员10.3冻结孔充填施工工艺及主要措施10.3.1施工工艺水泥用P.O32.5普通硅酸盐水泥，水泥浆比重按1.42调配，缓凝剂使用混泥土高效缓凝剂，其初凝时不影响水泥浆的早期强度，而且对金属没有腐蚀作用。水泥浆搅拌前，须先行完成冲孔、泥浆调整，将孔内岩粉及砂粒带走，单孔固管浆液分一等份一池搅拌，根据每池浆液的主材、外加剂用量，严格进行计量，按下述工艺流程进行水泥浆配制与固管作业：（1）供水工按计量给水箱打水；85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计（2）水泥工按计量准备水泥、钠土（包装袋开启）；（3）供水工从水箱给化学剂工预供水若干桶，保证化学溶剂的合理稀释；（4）供水工把其余的水打入搅拌池；（5）化学剂工分别进行缓凝剂的溶解；（6）外加剂溶解临近结束时，水泥工添加水泥、钠土到搅拌池；（7）搅拌工开机搅拌；（8）指挥人员观察搅拌状况，当池内水泥无堆积、全部溶解时，开始计时（搅拌3分钟）；（9）搅拌3分钟（浆液基本均匀）后暂停，掺入缓凝剂溶液，再搅拌4分钟；（10）注浆工开启阀门，将浆液放入储浆池；同时，开启注浆泵，将浆液泵入孔内；（11）供水工将水箱内的水打入储浆池，注浆工将清水泵入；（12）注浆工调整管路，向管中压入一定量的泥浆，将水泥浆压入指定高度，然后提钻，水泥浆靠自重流入孔底；（13）压浆完毕，钻工提钻杆，清理井口盘，转入下管作业。10.3.2施工主要技术措施（1）在泥浆泵站附近建立一个水泥浆搅拌池，并配置一台强制式水泥浆搅拌机，要求成立专职的水泥浆制作班；（2）在钻孔施工前应对水泥浆配比进行现场试验，确保水泥浆的初凝时段（应超过20小时）满足钻具起出时间和冻结管下放时间；（3）水泥浆制作班应严格按照水泥浆的试验配比进行搅拌作业，并按照工程组下发的每孔水泥浆需用量进行调配；（4）每孔置换前应对泥浆的比重进行测量，泥浆比重应小于1.15g/cm2，含沙量小于1%，防止由于泥浆比重过大导致浆液混合；（5）泥浆比重测量合格后再将搅拌好的水泥浆放入到储浆池内；（6）注浆前孔内钻具应提离孔底500mm，注浆过程中严禁上下窜动钻具，防止两浆液混合；（7）钻具起完后立即下管，两名电焊工同时作业，要求电焊工作业过程中确保焊接质量；（8）下管过程中浮力过大时，应加入适量的水来克服浮力；（9）冻结管下放结束后，应及时进行水压试漏，试漏不合格的应立即将冻结管拔出；85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计（10）下放冻结管时，孔内返出的泥浆若发现有水泥浆时，应该将泥浆控制在中间沉淀池内，并用专用泵将其排走，避免泥浆池内的泥浆遭到破坏；（11）施工前必须经过科学计算，确保水泥浆液达到设计的充填位置，尽量减少水泥浆液与打钻泥浆的混合，产生化学反应影响冬结管下放。10.4施工安全保证措施为保证风井能够及早开挖，并安全、顺利通过冻结段，我处在冻结施工中将采取如下安全措施。主要包括健全安全保证体系（见安全保证体系构成图）、安全目标、、制定各项安全管理制度。10.4.1安全目标：安全施工无事故。10.4.2安全保证措施(1)制定和实施安全生产责任制，建立健全各项规章制度，并严格执行。(2)建立安全生产保证体系，做到管理有力、保障运行。(3)组织项目施工全体人员的安全教育和技术培训，特殊工种必须持证上岗，并进行开工前的技术考核。(4)建立安全检查制度，实行安全生产奖罚制，及时消除事故隐患。坚持做到班组日检、项目部旬检、企业月检的安全检查。项目部每周、企业每月召开一次安全会议，班组每日班前会上要进行安全交底。(5)设备使用期间要加强维修和保养，保证设备的完好率和使用率。(6)加强对设备和管路的巡查，杜绝氨、盐水、油等的跑、冒、滴、漏现象，各种压力容器按规定进行压力试验。(7)加大安全投入，安全警示牌醒目，安全设备完好，满足施工需要。(8)高空作业人员要系安全带，戴安全帽，穿防滑鞋，所用工具要用工具包接送，防止坠物伤人。(9)冻结站要配备足够的防毒面具、橡胶手套等防护用具，生产区和生活区要配备消防器材，不准私自乱接电线，以免发生火灾。(10)严格执行电气安全操作规程，所有电气设备要有漏电保护与接地装置，电缆埋设要有标志，过路要有套管保护。(11)施工人员要熟悉相关机械设备的性能，严禁违章作业。(12)冻结有关人员要经常下井观测井筒冻结状况，发现问题及时采取相应措施。井下观测要有记录并认真保存。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计(13)经常观测盐水箱水位、冻结管工作状态，发现盐水箱漏失盐水、冻结管断裂等现象及时采取应急措施并上报有关部门。安全保证体系构成图冻结站安检员班组安检员总经理项目部安监科项目经理项目副经理项目部专职安检员钻机安检员10.5工程易出事故的防范措施及应急预案10.5.1氨泄露防范措施及应急预案（1）防范措施1）做好防泄露工作，阀门、法兰处安装时应严密，设备管路使用前必须经过压力试验，压力须符合规范要求；2）车间内保持良好通风；3）配备防毒面具、柠檬酸及有关劳动保护用品；4）定期或不定期从冷凝器及贮液桶释放制冷系统空气；85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计5）定期检查压力表和安全阀是否失灵；6）充氨时禁止用任何方式对氨瓶加热。（2）应急预案1）项目部成立氨泄漏应急预案领导小组，项目部经理为领导小组组长，负责整个应急救援预案的全面执行工作，各分管领导明确分工；2）储备应急救援物资和必要的救援设备，并定期检查设备的可靠灵敏；3）发现设备氨泄露时应立即关闭和停用；4）发现阀门和法兰盘处氨泄露时应立即处理；5）发现管路氨泄露时应立即关闭截止阀，采用粘接和用管卡加固等方法处理，严禁用电焊；6）加大通风排量，动用消防水源，降低空气中氨浓度；7）一旦引起氨中毒，应迅速将患者转移至空气流通场所急救，同时紧急拨打120送就近县级以上医院救治。10.5.2盐水泄露的处理措施及应急预案（1）防范措施1）汽化器、混合器及冻结器由专人负责看管；2）建立盐水报警系统，盐水警铃要灵敏，警界面要合适；3）盐水水位要定期测量，记录完整。（2）应急预案1）项目部成立盐水泄漏应急预案领导小组，项目部经理为领导小组组长，负责整个应急救援预案的全面执行工作，各分管领导明确分工；2）准备应急救援物资和必要的救援设备，并定期检查设备的可靠灵敏；3）发现盐水水位下降要及时查明原因并消除引起的不利因素；4）确认为孔渗时，应立即关停盐水泵并关闭各冻结器进出水阀；5）逐孔检查，有问题时，先关闭，再讨论处理方案；6）检查后无问题的孔要立即投入运行。10.5.3冻结管断裂防范措施及应急预案（1）防范措施1）采用优质无缝钢及相适应的焊条。2)加大冻结站制冷能力，积极降低盐水温度以增强冻结壁的承载能力，减少粘土的蠕变变形。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计3)采用低温塑性好，抗变形能力强的低碳钢管材，采用内衬管对焊连接的方式来提高冻结管抗断裂能力。4)采用主圈孔+辅助孔+防片帮孔的冻结方案，降低了冻结壁平均温度，提高冻结壁的整体强度，增加冻结壁的安全可靠性。5)根据冻结温度场的温度检测计算、校核，预测冻结壁发展状况，指导下一步施工。6)加强井下检测工作，根据实测数据，认真分析，提出合理的掘进段高和井帮暴露时间，根据经验，粘土类地层井帮位移量不应超过50mm，井帮暴露时间不超过16小时，以有效地控制冻结壁位移。7)井筒200m至冲积层底部段，采取强化冻结方案，根据掘进速度，提前加大制冷量，降低盐水温度；并与掘进单位配合，提高冻结壁的稳定性，保证冻结管的安全性。（2）应急预案1）项目部成立防断管应急预案领导小组，项目部经理为领导小组组长，负责整个应急救援预案的全面执行工作，各分管领导明确分工；2）准备应急救援物资和必要的救援设备，并定期检查材料的数量和质量；3）出现情况立即停止冻结，确保盐水不渗漏到井筒内；4）确认冻结孔漏盐水及位置，立即关闭各冻结器进出水阀；5）确认后在开启其他冻结器的进出水阀。6）必要时下套管恢复冻结。10.6冬雨季及防大风施工措施10.6.1冬季施工措施（1）冻结来临之前要形成供暖系统，对易冻管路进行保温；（2）清水泵房要设置取暖措施，定期检查，保证清水泵运转，出现故障保证在15分钟内处理好或更换新泵;(3)要有防火措施，取暖火炉必须远离冻结站，凡用火炉取暖的办公室、宿舍必须保持室内适当的通风，以防煤气中毒。火炉周围严禁堆放易燃、易爆物品，冷冻站办公室防火设施要齐全。(4)职工劳保用品要及时发放，施工期间注意防冻防滑。(5)不得赤手触及金属物品，供水管路停止使用时应放尽管内存水，防止管路冻裂，保证系统再运行时畅通无阻。10.6.2雨季施工措施(1)冻结临时设施（沟槽除外）室内地坪要高于室外地坪，排水设备、防洪设施齐全。85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计(2)电气设备应防止雨、水淋浇。(3)钻机、冻结站、变电所应安装避雷针，以防雷电。(4)钻孔施工及冻结站安装适逢雨季，认真做好赶工计划，保证按期完成施工任务。(5)项目部每名职工配备雨衣、雨靴等必须的劳动保护用品，保证冻结工程施工能连续作业。10.7文明施工措施(1)工程开工前要对施工现场进行整体规划，设置图牌：冻结工程应有工程概况牌、企业简介牌、安全生产纪律牌、文明施工管理牌、环境保护管理牌、消防保卫措施牌、施工现场总平面图、施工现场安全标志布置平面图、进入工地必须佩戴安全帽提示牌。图牌设置位置为冻结站附近，集中设置，朝向与高度要易于职工观看，也可设置于办公区。(2)配合建设单位搞好施工现场的“四通一平”，即：水、电、路及通讯畅通，施工现场平整。整个施工现场要做到清洁卫生，无积水、无淤泥、无料底、无杂物、无垃圾，施工区附近设临时厕所。(3)现场内应有材料堆放场地和设备存放库。各种材料设备应分类存放。材料有标识、设备有铭牌，排列整齐，摆放有序，方便装卸，便于运输，并符合仓库保管安全技术的要求。严禁乱堆乱放，野蛮装卸。(4)场区内的大临工程和设施，要做到布局合理，规划整齐，保证工程质量，保证安全使用。同时要创造条件配合建设单位搞好场区和生活区的绿化工作，美化环境。(5)场区内所利用的永久道路和修建的通向冻结站及各库房、车间、设施的临时道路，都要做到平坦、畅通、无淤泥、无积水。(6)冻结站和变电所的安装应严格按照质量标准进行施工，所有的管网、电缆和压力容器均应符合有关规定，并经常检查维修，杜绝长明灯和长流水及跑、冒、滴、漏等现象。变电所安装合理、美观、符合规范，站内和变电所电缆敷设合理、整齐，电缆沟盖板牢固齐全，沟内无积水杂物。室内照明、通风良好，无杂物，清洁卫生。(7)冻结站和配电室要有醒目的警标和必要的安全保卫设施。有关岗位责任制、技术操作规程、交接班制度、变电所、冻结站重地出入登记制度、当班巡视检查制度等管理制度应悬挂或张贴于工作场所的显要位置。(8)85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计机加工车间、仓库、冻结站内的岗位责任制要上墙，各运转设备要清洁完好，无泥浆、无灰尘、无油垢，铭牌标志清晰，安全装置齐全可靠。设备实行包运转、包维护、包检修的包机制，责任到人。仓库内各种工具、设备要分类排列摆放，铭牌标志清晰，清洁完整，安全装置齐全可靠。(9)冻结站内，盐水系统、氨系统无渗漏现象，站内空气中的氨含量不得大于0.004%，地沟槽内要干净，无积水和杂物，清水泵房及冷却水循环系统无积水杂物，排水系统良好。(10)施工现场及各项工程设施必须分别具有相应的防水、防火、防坠、防爆、防雷、防冻及防盗等安全设施和管理制度。各种人员进入工地都必须按规定和要求佩戴安全帽等安全防护用品，工程现场按规定设置安全网、防护栏。(11)各主要工种必须经过技术培训，考试合格持证上岗，在岗工作应精神饱满，作业人员必须遵守劳动纪律及交接班制度等有关的规章制度，个人劳动保护符合要求，无脱岗。(12)要加强“两堂一舍”及场区环境的管理。食堂要严格执行卫生“五四”制、杜绝食物中毒，餐厅、厨房清洁卫生，饮餐具要经常洗刷消毒。澡塘要保持清洁、空气流通、按时换水、要设有淋浴，更衣室要整齐舒适、经常擦洗，保持地面无积水无泥无杂物；宿舍要保持空气新鲜，安静舒适、衣物整齐；厕所（包括现场厕所）要勤打扫，勤消毒，及时清理粪便及垃圾，要有防蝇措施，保证使用方便。(13)工地临时办公室内要做到墙面整洁，图表、资料张贴和悬挂整齐；桌面平整，办公用具及施工用仪器、仪表摆放有序。室内及周围无垃圾污物。利用永久建筑的办公室，还要做到窗明几净，楼道清扫干净，无痰迹、无杂物、标语口号醒目。楼梯扶手无尘土、厕所下水道无堵塞，力争做到无臭味，无蚊蝇。(14)要加强职业道德及尊重别人的劳动成果的教育。教育职工爱护产品，凡竣工后的建筑成品或正在施工中的半成品都要严加保护。墙角、楼梯踏步不得损坏，墙面不准涂抹，地面保持平整，门窗玻璃不得有损，给排水、暖气保证畅通无阻，不跑不漏，否则不得交工或交下道工序。(15)暂不使用的设备、配件必须妥善保管，防止日晒雨淋、锈蚀或丢失，并做好防火、防盗工作，还必须有专人定期进行检查维护保养。附：文明施工管理体系图文明施工管理体系图85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计经营后勤部机修班电工班焊工班加工班监测班安全生产部质量技术部后勤班制冷班项目经理工程科机电科供应科总经理生产副总总工程师10.8环境及职业安全健康管理措施《GB/T24001：2001环境管理体系--规范及使用指南》与《GB/T28001职业健康安全管理体系--规范》的贯彻和实施是我处在质量管理体系之后又增加的两个体系文件。学习、贯彻、落实对企业尤为重要，要根据实际情况不断对环境因素进行识别，及对危险因素进行辨识，达到持续改进的目的。10.8.1环境指标和措施85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计(1)指标：(1)注意大临施工现场扬尘排放。(2)施工区噪声应控制在90dB以内；(3)冻结站内氨气浓度应控制在0.004%以内；(4)固体废弃物按业主指定方向堆放、处理。(2)措施：1)对施工现场环境因素进行识别，具体执行处工程科下发的《环境因素识别与管理方案》。2)对现场危险源要进行辨识，具体执行处安检站下发的《危险源辨识及管理方案》。3)钻机泥浆排放要按业主指定地方排放。4)冻结站氨浓度若超标，要立刻检查氨系统运行状况，争取及早发现问题，解决问题。5)生活区、冻结站附近应设置垃圾站，按业主指定地方存放。10.8.2《职业安全健康管理体系—规范》的贯彻实施目标及措施(1)目标：1)杜绝重伤，避免轻伤；2)最大限度减少职业病的发生。(2)措施：1)开工前，项目部对职工进行安全知识教育，遇有紧急情况时执行处工程科、安检站下发的有关紧急预案。2)项目部要根据工程实际情况编制更为具体的应急预案，并充分准备相关物品。3)项目部要对职工进行职业危害教育，认真执行处发《职业危害预防制度》和《职业病防治管理办法》，使其明确潜在的职业危害并熟知相应的预防措施。4)项目部要按处安监处、工程科下发的有关措施组成应急预案领导小组，保证指挥系统及时、畅通、便捷。附表1主要施工机械设备表XX南进风井冻结施工主要机械设备表序号设备名称规格型号配用电机功率（kW）数量(台)生产厂家1钻机SPS-20007510石家庄85 XX有限公司XX煤矿南风井冻结工程施工组织设计2泥浆泵TBW-850/57512石家庄3螺杆冷冻机KA25LDP28014烟台4螺杆冷冻机KA20CBY22014烟台5冷凝器ZNX-150011×214烟台6汽化器LZA-16028烟台7储液器ZA-5.04烟台8虹吸罐UZA-2.52烟台9中冷器ZZQ-100012烟台10集油器JYA-500R1烟台11盐水泵12Sh-6A3555淄博12清水泵1S80-65-1607.54新乡13电焊机BX-3003020上海14箱式变压器ZXB-6-12502许昌箱式变压器ZXB-6-16004许昌85