冻结法施工组织设计毕业论文

'冻结法施工组织设计毕业论文第二篇第一章：井de筒概况梁宝寺二号井由肥城矿业集团公司投资兴建，矿址位于山东省嘉祥县，东南距嘉祥县城约20km。矿井由中煤国际工程集团南京设计研究院设计，设计生产能力为1.2Mt/a；采用立井开拓，工业场地内布置有主、副、风三个立井井筒。风井井筒井口设计标高+40.500m，井筒中心坐标：X=3939282.968m，Y=20426652.891m，井筒净直径5.5m，井筒总深度977.500m。梁宝寺二号井风井井筒主要技术特征表序号名称单位参数1井口位置mX=3939282.968Y=20426652.8912井口设计标高m+40.53设计净直径m5.54设计净断面m23.765表土层厚度m453.856冻结深度m526.007水平标高m-9258水平以下深度m12.09井筒全深m977.5100 第二章：井筒地质及水文地质2.1地层区域东起峄山断层，西至聊考断层，北起汶泗断层，南至单县、韩台断层。地层区划属华北地层区鲁西地层分区济宁地层小区。地层自上而下有新生界第四系，上、下第三系；中生界侏罗系；古生界二迭系、石炭系、奥陶系、寒武系、震旦系、太古界泰山群。巨野煤田位于华北地台鲁西台背斜鲁西南断块坳陷的中、西部，就东西向构造带而言，位于昆仑～秦岭纬向构造带的东延北支部分，并处于和新华夏系第二沉降带的复合端。因受昆仑-秦岭构造带、环太平洋构造带的影响，东西向及南北向的正断层发育较好，形成棋盘格状的构造格局，具有经济价值的煤层均赋存于地堑内。风井井筒由上到下穿过的地层有第四系、第三系、二叠系上石盒子组、二叠系下石盒子组地层，分述如下：（1）第四系底深145.55m，厚145.55m，主要由中－巨厚层砂质粘土、粘土质砂砾及砂层组成。粘土的粘性及膨胀性较强；砂质粘土含中-细砂为主，粘性不均一，较松散，局部有钙质结核；砂层以细-粗粒为主，纯净，松散。本段地层粘土、砂质粘土总厚度105.22m，占本段地层的72.3％。100 （2）第三系底深453.85m，厚308.30m，为一套湖相沉积，不整合于下伏基岩之上，主要有厚层粘土，砂质粘土及砂层组成。粘土的粘性、膨胀性较强，切面光滑，局部半固结，含细砂及钙质结核。本段地层粘土、砂质粘土总厚度234.59m，占该段地层的75％。（3）二叠系a、上石合子组：底深966.15m,厚度512.30m,主要为厚层泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩组成。泥岩呈灰、褐红、紫褐、褐黄色，块状构造，硬度低，内生滑面发育，遇水易崩解。砂岩灰白色，细-中粒结构，钙质胶结，硬度较高，垂直裂隙发育。粉砂岩呈灰色，致密坚硬，岩芯较完整。顶部为风化带，厚度18m，风化带内岩石强度低，裂隙发育，岩芯破碎。b、下石合子组；底深985.12m（未透），厚19.06m，主要由浅灰色粗粒砂岩，中粒砂岩、细砂岩及粉砂岩组成。局部裂隙发育，充填方解石。2.2构造井检孔穿过的地层取芯率高，岩芯完整，地层倾角正常，未发现断层破碎带。风化带地层裂隙发育。附图1-3梁宝寺二号井风井井筒检查钻孔柱状图2.3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，翼部倾角较缓，为5-10°，受F1、F13100 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。表2-3-1主要褶曲一览表顺序褶曲名称延伸长度（KM）幅度（M）两翼地层倾角（度）控制程度1王庄向斜1120-2005-15查明2南宋庄背斜100-505查明3梁宝寺向斜1750-2505-10基本查明4黄河李背斜80-1005-20查明5申庄向斜90-2005-15查明6贺庄背斜40-405查明7程庄向斜530-805基本查明8武寨背斜60-805-10基本查明9杜垓向斜70-1205-10基本查明10李庄背斜100-805-15基本查明2.4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30m100 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的断层10条，落差≥50m~<100m的断层23条，落差≥30m~<50m的断层14条。见表2-4-1表2-4-1梁宝寺井田断层情况一览表名称性质落差（m）产状延展长度（km）查明程度备注走向倾向倾角(°)F1正>700mNWSW701.84查明F1支3正0~90mNWSW701.55查明F2正120~190mNWSW703.2查明F3正0~390mNWNE706.0查明F3支正70mNWNE700.5查明F3-1正0~90mNWNE702.5查明F4正30~150mNWSW704.8查明F4支1正0~55mNW-SSW-W700.9查明F4支2正25~50mNWSW701.2查明F60正0~120mNWNE701.6查明F15正0~120mNESE704.5查明F15支正20~50mNESE700.45查明F13正>700mSNE703.8基本查明西边界F24正>1000mEWS705.2基本查明F24支1正0~60mNWSW701.4基本查明XF7正0~30mNESE701查明XF8正0~30mNESE700.8基本查明名称性质落差（m）产状延展长度（km）（km）查明程度备注走向倾向倾角(°)XF9正0~30mNSW700.5基本查明XF10正0~90mNESW701.7查明XF11正0~70mNENW700.9基本查明100 XF13正0~60mNWSW701.8查明XF15正0~75mNWSW701.4查明XF16正0~40mNWSW700.7基本查明XF17正0~30mNWSW700.75基本查明XF18正0~60m近EWN701.2查明XF21正60mNWNE701.2基本查明XF23正0~30mNENW700.6基本查明F34正40~80mNWNE701.4查明F35正0~55mNWNE701.4查明DF44正20~40mNENW701.25查明DF49正0~50mNESE702.25查明F7正0~30mNESE701.40查明F8正0~70m近NEN701.60查明DF29正30~40mNWSW700.15查明F32正0~45mNWWN701.56查明F10正0~200mNENW60~701.65查明F10支1正0~120mNENW60~701.50查明DF40正10~40mNWSW701.0查明DF45正0~32mNENW700.29查明DF50正0~30mSNW700.43查明DF60正10~65SNE60~701.92基本查明DF61正10~30mNWSW700.87基本查明F44正10~70SNW702.0基本查明-查明F20正0~50mNWSW702.0查明F16正0~45mNWNE701.4查明F21正0~80mEWN701.00查明F26逆0~50mNEE451.71查明100 2.5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1、岩浆岩的侵入范围及产状全区共有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。2.5.1、岩浆岩的矿物成分与结构、构造肉眼鉴定：岩浆岩呈灰色，矿物组成主要为斜长石、角闪石及石英等，角闪石晶形完好，呈针状及长条状、半晶质细粒斑状结构，块状构造。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、普通角闪石、石英、磁铁矿、磷灰石、铅石等。据核工业部北京第三研究所采用钾-氢法对岩浆岩的同位素年龄测定，绝对年龄为68.15百万年，大致相当于燕山晚期。2.5.2、对煤层、煤质的影响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100 2.6水文地质2.6.1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l000m，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。2.6.2含（隔）水层井田内，与煤层开采有关的含水层段主要有6个，从上至下依次是Q+N砂砾层，P12+P21砂岩、3煤顶、底板砂岩、太原组三灰、十下灰及中奥陶统石灰岩。其中3煤顶、底板砂岩和太原组三灰为开采上组煤的直接充水含水层；十下灰及中奥陶统石灰岩为开采下组煤的直接充水含水层。一、新生界含（隔）水层（1）第四系砂砾层孔隙含水层第四系地层广布全区，与下伏上第三系地层呈不整合接触，厚度94.90~146.30m，平均116.85m。含水的砂、砾层与隔水的粘土、砂质粘土层相间分布，地下水呈多层100 赋存状态，第四系含水层含水丰富，为农业用水及生活用水的主要来源。（2）上第三系砂砾层孔隙含水层上第三系地层厚195.23~368.73m，平均280.84m，由粘土类隔水层和砂砾层含水层相间沉积而成本区第四系、上第三系内的粘土层分布广泛，厚度稳定，隔水性能良好，且大都与含水的砂层交互沉积，从而使得各砂层间在垂向上的水力联系较差。上第三系底部普遍沉积有一层含砾粘土，局部块段有粘土质砂砾层不整合于基岩上。由于这些粘土隔水层隔水性能较好，使得第四系、第三系砂砾层含水层对基岩含水层补给能力差，在垂向上无水力联系。二、P12＋P21含（隔）水层该地层内含水层岩性主要为中、细砂岩，局部有粗砂岩和含砾砂岩，砂岩中的裂隙比较发育。区内有78个孔穿过，10个孔漏水，漏水孔率12.8％。据L7-3号孔抽水试验资料，单位涌水量0.0031~0.0141L/s.m，富水性弱，水质类型为SO42-—K++Na+型，矿化度4.097g/L.该段含水层远离煤层，一般均位于采煤裂隙带之上，正常情况下对采煤没有影响。该地层杂色泥岩和粉砂岩厚度大、隔水性能良好，使基岩含水层垂向补给微弱，进一步阻隔了上部含水层对煤系含水层的补给。三、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100 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2.6.3本矿井充水因素一般来讲，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。100 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。2.6.4矿井涌水量计算本矿井主采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129.0m3/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/h和39.0m3100 /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856.0m3/h，矿井最大排水量为1510.0m3/h第三章.冻结设计3.1设计原则和目的（1）设计的冻结壁厚度和强度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。（2）设计因确保基岩段封水及冻结岩帽的形成。100 (3)根据国内外及本公司身后表土冻结经施工经验，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参数。（4）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、高校的施工目的。3.2冻结施工方案3.2.1冻结方式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。A.一次全深冻结：有同径冻结管、异径冻结管、双供液管、双圈冻结管四种形式定义：从地面到需要冻结地层一次冻结并且冻结管穿过含水层，伸入到稳定基岩10m以上。使用条件：（1）适用于各类地层；（2）不宜采用其他冻结方案的地层；（3）冻结设备能满足积极冻结期最大需冷量的要求。特点：（1）从地面到最需要冻结的深度一次冻结；（2）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；（3）供液管下至冻结管的底锥隔板上；100 （4）来自冷冻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。优缺点：（1）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；（2）整个冻结管内盐水一次循环，克服温差过大引起断管现象；（3）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；（4）冻结器结构和供液管安装均较其他冻结方案简单；（5）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。B.差异冻结方案（长短管冻结方案）定义：冻结管分长短管两种，同布置在一个圈径上，且间隔布置，短管穿过风化带，长管穿过稳定的含水基岩，进入稳定基岩5~10m以上。使用条件：（1）.上部为含水层丰富的冲击层，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；（2）冲击层以下的基岩厚度占井筒总深度的比例小，且与冲击层有水力联系，涌水量大于10m³/h；（3）由于基岩冻结扩展速度比粘土层，砂层快，为此在强化带以下部分的基岩均可采用长短管冻结。特点：100 （1）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，可适当的加大长管的供液管直径，采用正循环，而短管采用反循环；（2）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挖掘量；（3）必须控制长短管孔底间距，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：（1）冲击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的解决风化破碎岩层的施工困难，又能减少风化破碎岩层层的打钻工作量和冷量消耗，少掘冻土，施工速度快，从而降低了成本；（2）采用长短管差异冻结能够封住下部冲击层的水，但由于下部地压较大，冻结强度较低，塑性变形大，容易引起冻结管断裂，掘砌段高应适当缩小。C．局部冻结定义：拒不需要冻结的方案使用条件：上不含水少，岩层稳定，而下部含水量大，需要冻结的地层或中间有较厚的隔水层。特点：（1）为了达到局部冻结的目的，一般要在冻结管内下两根或两根以上的供回液管；（2）为了减少局部冻结的冷量损失，可在局部冻结的上水平加隔板，或在局部冻结的上水平以上的冻结器环形空间充填压缩空气。优缺点：100 （1）用局部冻结法处理井筒下部透水涌砂事故是经济可靠的方法，他不仅节省冷量损失，减少冻结设备，降低冻结费用，加快施工速度，且可减少冻结对以砌井壁的影响；（2）冻结器内安装隔板，可减少在未冻结部分冷量损失。当采用活隔板时，被隔板单位长度的冷量损失约为局部冻结部分单位长度的50%；若采用死隔板，效果更好，但死隔板的冻结器加工困难，在冻结管内部不能测量偏斜。D.分期冻结：定义：将井筒需要冻结的深度分上下两段顺序依次冻结，先冻上段，后冻下段，上端冻好掘进，再冻下段，上段掘砌表土，刚好下段冻结结束，再挖冻土，加快施工速度。使用条件：（1）当冲击层较厚，中部有较好的粘土隔水层，可作为分期冻结的止水地垫时方能使用；（2）冻结基岩段占冻结总深度的比例较大，且在适宜的深度有一定厚度的隔水层可作分期冻结止水垫时。特点：分期冻结是将一个井筒所需冻结深度，分为两段或两段以上进行顺序冻结，当下段冻结一定时间并转入井筒掘砌后，再开始下段冻结。优缺点：（1）冻结需冷量小，设备少，冻结费用低；（2）合理使用冷量，加快了井筒上部的冻结；（3）上段井筒的掘砌与下段冻结平行，为下段井筒少挖冻结提供了条件，可提高掘进速度；100 （4）要估算和安排处理好上段凿砌速度和下段开冻时间的关系，否则会造成下段冻结壁的厚度和强度减少，以及分期冻结分界面的盐水温差较大，容易引起冻结管断裂。E.双排孔冻结使用条件：（1）适用于深部地压大，具有膨胀性，冻土流变性的厚粘土层及地温高的地层；（2）地下水流速大；（3）含有盐分的地层。特点：当双排冻结孔与单排冻结孔形成的冻结壁的有效厚度相同情况下，双排冻结孔平均温度比单排冻结孔降低15%—30%，平均扩展速度提高1.3—1.7倍，为此，形成冻结壁设计厚度的时间短，加快了冻结速度。优缺点：（1）解决了冲击层厚度超过400m时，冻结壁的计算厚度达8m以上时的技术问题；（2）比单排冻结孔冻结时间短，形成冻结壁强度高；（3）由于冻结壁强度高，蠕变变形小，能防止冻结管断裂，确保掘砌安全；（4）打钻工程量大，制冷量大，安装量大，冻结费用高。鉴于以上五种冻结方案设计的适用条件，特点和优缺点，再结合目前国内同类型矿井冻结方式并结合梁宝寺二号井风井实际情况，确定采用三圈副加防片孔的冻结方案，其中包含有主圈孔，辅助孔加防片孔。100 3.2.2冻结深度的确定冻结深度确定的一般原则：（1）当冲击层底部基岩风化严重，且两者有水力联系时，冻结深度穿过基岩风化带，深入不透水基岩10m以上。（2）当冲击层底部基岩下部30m左右仍含有含水层时，冻结深度应穿过含水基岩到不透水基岩。（3）当冲击层底部为第三纪，并有水力联系，胶结性差，且含水量大时，冻结管应穿过第三纪到不透水的基岩。（4）当冲击层较厚占井筒总深度的75%以上，且基岩又有多层涌水量较大的含水层时，冻结管应全深冻结，冻结深度应达到不透水的基岩。梁宝寺二号井凤井表土深度453.85M，风化带厚17.80m，根据勘察结果综合考虑凤井冻结深度为526m。3.3风井井筒冻结壁设计3.3.1冻结壁设计原则按两种极限状态设计，一是冻结壁的极限承载能力；二是冻结壁极限允许变形状态。前者对砂层较合适，因为砂层冻结壁具有脆性断裂的特性，因此其承载能力必须得到满足，否则可能出水冒砂。后者适用于深厚粘土层，因为对于粘土层冻结壁厚度及强度必须满足变形条件，防止出现过大变形而导致冻结管断裂，盐水漏失融化冻结壁，危及井筒安全。100 3.3.2基本设计计算参数（1）地压值；P=γH,为安全间控制层深度H均取最大表土深度，即风井453.85m；即P=0.013453.851000000=5.90005MPa；（2）冻结壁平均温度（控制层）冻结壁平均温度主要与盐水温度、冻结孔间距、冻结管直径以及井帮温度等因素有关，一般是按冻结壁主面平均温度与界面平均温度之和的一半计算。下面列举了国内外冻结壁平均温度的几种计算方法。①成冰公式（中国）表达式：〔〕②N.M.斯捷潘诺娃公式（波兰）表达式：〔〕③纳斯诺夫，M.H.苏普利克公式（苏联）表达式：〔〕符号意义：——按成冰公式计算的冻结壁有效厚度的平均温度，℃。100 ——按零度边界线计算的冻结壁平均温度，℃。——盐水温度，℃。——冻结孔间距，米。E——冻结壁厚度，米。——井帮冻土温度（℃），井帮未冻时取零，可根据本地区冻结井筒实测温度估算，或按深度（H）选取。——按N.M.斯捷潘诺娃公式计算的冻结壁平均温度，℃。——按纳斯诺夫，M.H.苏普利克公式计算的冻结壁平均温度，℃。——冻结管外壁的岩层温度，℃。——冻结孔布置圈直径，米。——冻结管外直径，米。——冻结壁内侧厚度，米。——冻结壁外侧厚度，米。——冻结管内直径，米。根据上述公式计算和目前国内已施工同类型深厚表土冻结井实际冻结情况，取453m控制层冻结壁平均温度TC=-1６℃（3）冻土抗压强度：根据手册单轴抗压强度选取；（4）冻土发展速度：100 参照附近金桥（向内24mm/d、向外15mm/d）、梁宝寺一号矿井（向内23mm/d、向外14mm/d）、龙固副井（向内15mm/d、向外10mm/d）实际冻土发展速度，选取梁宝寺二号井风井控制层冻土发展速度向内16mm/d、向外11mm/d；（5）井帮温度（控制层）：Tn=-8℃～-12℃（6）盐水温度:=-30～-34℃。（7）冲积层最大孔间距：L=2.8m。（8）强度安全系数：k=2～2.5；（9）掘砌段高：掘砌段高，从保证安全和方便施工两方面考虑，暴露段高取h=2.0～2.5m；（10）工作面冻结状态系数：=（工作面未冻结时）～（工作面冻结时）；设计取风井=1.5。3.3冻结壁设计3.3.1冻结壁厚度设计冻结壁厚度计算≤300m采用多姆克公式，＞300m采用维亚若夫—扎列茨基有限段高公式。⑴多姆克第三强度理论公式：E=Ra[0.29（P/б）+2.3（P/б）2]100 ⑵维亚若夫—扎列茨基有限段高公式：E=ηPh/б以上式中各参数的含义E——冻结壁厚度Ra——冻结壁内半径（采用掘砌荒径）..4.3mP——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）6.9MPAh——掘砌段高η－工作面冻结状态系数根据计算结果并结合国内外已施工或正在施工的深冻结井冻结壁设计厚度，确定梁宝寺风井：8.0m（掘砌暴露段高2.0m，空帮时间20小时）。3.3.2冻结壁（强度）平均温度校核根据冻土抗压试验结果,风井控制层冻结壁平均温度取-16℃。利用国内目前普遍采用的单排孔冻结平均温度计算公式——成冰公式，加修正值。采用成冰公式：TC=Tb[1.135-0.352√L–0.875/3√E+0.266√。100 L/E]-0.466+0.25Tn冻结壁厚度及平均温度计算结果表井筒深度（m）土性冻结壁设计厚度（m）设计平均温度(℃)冻结天数（d）冻结孔距荒径(m)预计冻结壁厚度（m）预计井帮温度（℃）预计平均温度（℃）风井200砂质粘土4.2-81301.48.210-5～-7-12300粘土4.9-121501.058.100-8～-10-14454砂质粘土8-162121.58.289-11～-14-16经校核结果可知，冻结壁厚度和强度均满足要求。3.4冻结孔深度3.4.1外圈孔深度外圈孔均采用全深冻结，风井冻结深度466m。冻结深度穿过表土层进入风化带并穿过强风化带，目的是保证强风化带以上冻结壁厚度和强度。3.4.2中圈孔深度中圈孔均采用全深冻结,风井冻结深度526m，保证冻结基岩段封水，提高冻结壁强度。3.4.3内圈孔深度内圈孔采用全深冻结，风井冻结深度472m。穿过风化带，100 保证冻结壁早交圈，按时开挖，加快下部冻土向内发展速度，降低巨厚粘土层井帮温度、提高冻结壁强度。3.4.4防片孔深度由于上部井壁均较薄，且内圈孔上部离荒径均较远，风井：0～200米井壁厚度为1.10米，200m～300m井壁厚度为1.45m，内圈孔上部离荒径2.05～2.4米。考虑到上部冻土发展速度较慢，而要求开挖时间又短，开挖时易出现塌帮，影响井壁质量和施工安全。因此结合井壁结构与掘砌速度，设防片孔，深度302米。3.5冻结孔偏斜要求深厚表土层冻结井施工中，冻结孔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，提出冻结孔在300m以上钻孔偏斜率≤2.5‰；300m以下按靶域施工,靶域半径0.7m,防片孔向内偏斜≤300mm，其它冻结孔向内偏斜≤500mm。最大孔间距表土段：外圈孔、内圈孔≤2.6m，中圈孔、防片孔按偏斜及靶域要求；基岩段≤4.5m。3.6冻结孔布置设计3.6.1冻结圈径⑴外圈孔布置圈径采用下列公式：D=D荒+2（0.6E+γH）式中：D外───冻结孔布置圈直径mD荒───井筒掘进荒径m100 E───冻结壁厚度mγ───冻结孔设计偏斜率0.3-0.35%H───冲积层最大埋深m结合冻土向外发展速度、掘砌工期及要求的冻结壁厚度和以往深井冻结施工经验，确定外圈孔冻结孔圈径为D外=21m。⑵中圈孔布置圈径D中=D荒+2（0.3E‘+γH）=17.48m；结合冻土发展速度、掘进速度、外圈孔布置情况，确定中圈冻结孔圈径为：D中=15.5m。⑶内圈孔圈径D辅=D荒+2（0.1E‘+γH）=13.86m；计算得内圈孔圈径：风井D辅=12.5m。⑷防片孔圈径根据开挖时间和上部孔到荒径距离及预测冻土发展速度，确定防片孔圈径为10.5m。3.6.2冻结孔数由于深冻结井冻结时间长，从减少钻孔工程量、冻结装机容量、缩短工期、降低工程造价以及减少冻结壁内部冻胀水等几方面考虑，在保证安全的前提下外圈孔及中圈孔适当加大冻结孔开孔间距，保证冻结壁的均匀与稳定。N=πD/L计算得：外圈孔N外=40个；中圈孔N中=22个；内圈孔N内=29个；防片孔N防片=11个。100 3.6.3开孔间距L=πD/N计算得：风井：外圈孔L外=1.649m、中圈孔L中=2.21m、内圈孔L辅=1.353m、防片孔L防片=3.0m。冻结孔布置（见附图）3.7冻结管、供液管3.7.1冻结管风井：外圈≤280m采用φ140×620#(GB8163—1999)优质低碳钢无缝管，内管箍连接，≥280mφ159×720#(GB8163—1999)优质低碳钢无缝管，内管箍连接；中圈≤270mφ140×6;≥270mφ159×7；内圈≤260mφ140×6;≥260mφ159×7；防片孔φ140×6mm20#(GB8163—1999)优质低碳钢无缝管，内管箍连接。3.7.2供液管供液管规格：全部采用φ75×6mm聚乙稀塑料软管。3.8测温孔布置布置原则：地下水流上方、冻结壁外侧最大孔间距处；冻结壁内侧界面处；冻结壁外侧主面、界面处；尽可能均匀布置。100 为加强对冻结壁温度场的监测，主井设计4个测温孔，其中2个外测孔，深度为460m/1个、510m/1个；2个内测孔，深度460m/1个、460m/1个；副井设计4个测温孔，其中2个外测孔，深度为485m/1个、536m/1个；2个内测孔，深度485m/1个、485m/1个；风井设计4个测温孔，其中2个外测孔，深度为466m/1个、526m/1个；2个内测孔，深度466m/1个、466m/1个。测温孔均采用φ108×5mm优质低碳钢无缝管，内管箍连接，管底密封，不试压、不灌水，确保不渗水。3.9水文孔布置风井设计两个水文孔：深度分别为146m、288m。水文管规格均采用φ140×6无缝钢管，外管箍连接.3.10冻结壁形成预测水文孔冒水后证实主要含水层冻结壁已交圈，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。冻结中不仅考虑砂层交圈，还应考虑粘土层的冻土发展状况，以合理确定试开挖时间，在试开挖后，经过检测来确定是否进行正式开挖，以保证冻结壁的强度和厚度。第四章制冷工艺4.1氨系统设计4.1.1基础数据（1）设计层位的盐水温度-30℃。（2）冷却损失系数1.15。100 （3）冷却水的温度为20℃。4.1.2冻结管散热能力计算冻结管散热能力的计算采用下列公式计算=3.14×250×4.187(280×0.14×40+186×0.159×40+270×0.14×22+256×0.159×22+260×0.14×29+212×0.159×29+302×0.14×11)=22929×KJ/h式中，————冻结管总散热能力，kJ/h————冻结管外直径，m————冻结深度，m————冻结孔数，个————冻结管散热系数或单位热流量，kJ/(·h )取为1046冻结站最大需冷量为=1.15×26657×=26368×KJ/h4.1.3串联双级压缩制冷计算（1）中间压力的计算100 1）根据蒸发温度和冷凝温度查《氨的热力性质表》得蒸发压力为0.09504Mpa，冷凝压力为1.2618Mpa，修正系数取0.95。按公式求得理想的中间压力为=1.0=0.32898MPa。查《氨的热力性质表》得出理想的中间温度为=-7℃时，相应的中间压力为0.33452MPa.。假设另一中间温度为1℃，（比理想中间温度高8℃）其相应的压力为=0.45452Mpa。2）绘制理想和假设的串联双级压缩制冷热力循环图2-4-1，求得各状态下氨的热力参数。热力参数计算结果见表2-4-1。表2-4-1理想的和假想的热力参数各状态点参数单位理想条件假设条件=0.33452MPa=-7℃=0.45452MPa=1℃焓焓16331633100 ，17981840，16721681，1861182317051705570570，404442，570570，386423，404442比容，0.37351.2160.27951.2163）根据经验理论容积比范围，选用14台8AS-25型作低压机，5台8AS-25型作高压机；低压机的总理论吸气容积=2800´14=39200/h高压机的总理论吸气容积=2800´5=14000/h高、低压机的理论容积比为：100 式中—高、低压机的理论容积比计算得：4）根据冷冻及试配组，按相应公式计算有关参数，求得理想的和架设的高、低压理论容积比见表2-4-2。5）绘制高、低压机理想和假设的理论容积比与中间压力的直角坐标图2-4-2，得试配组的高、低压机理论容积比。图2-4-1理想和假设的串联双级压缩制冷热力循环图表2-4-2串联双级压缩制冷的理想和假设基本参数基本参数计算公式计算结果符号意义低压机吸气系数理想0.79、100 理想的和架设的中间压力理想的和架设的预热系数冷凝压力蒸发压力冷凝温度，30℃蒸发温度-35℃C压缩机的余隙系数，取0.03假设0.77氨循环量理想25467假设24822高压机吸气系数理想0.80假设0.85氨循环量理想32215假设31234理想吸气容积理想15040/h假设10270/h高、低压机的容积比理想0.384假设0.2626）绘制高、低压机理想的和架设的理论溶剂比与中间压力的直角坐标图（见图2-4-2），得试配组的中间压力为0.36108MPa。100 （2）根据冷冻机实际配组及其工作条件计算制冷量。1）根据实际含、隔水层配组的中间温度、蒸发温度、冷凝温度及其相应压力为0.3824MP，绘制热力循环图（图2-4-3），求得各状态氨的热力参数，如表2-4-3所示。图2-4-2中间压力与容积比关系图100 图2-4-3热力循环图表2-4-3氨的各状态的热力参数状态点焓值(kJ/g)163318091674185117055704105703954102）根据已经确定的冷冻机实际配组情况：低压机9台，高压机3台。来计算和实际中间压力有关的参数。低压机的吸气系数100 低压机的氨循环量kg/h高压机的吸气系数高压机的氨循环量高压机的理论吸气容积100 3）计算出串联双级压缩制冷的实际制冷量（3）计算低、高压机的电动机功率1)低压机压缩机的理论功率--低压机的台数--蒸发了结时氨的焓；kJ/kg--从蒸发压力绝热压缩至中间压力时蒸汽焓；kJ/kg低高机的氨循环量860—功率的换算系数压缩机的指示效率100 T—绝对温度，273℃—氨的蒸发温度，℃—氨的中间温度，℃b—系数，立式压缩机取0.001压缩机的指示功率—压缩机的理论功率KW压缩机的摩擦功率—摩擦压力，MPa，立式低压机取0.3—低压机的活塞理论容积，100 压缩机的有效功率压缩机的轴功率—低压机的传动效率，直接驱动取1.0电动机的功率2）高压机压缩机的理论功率压缩机的指示效率100 压缩机的指示功率压缩机的摩擦功率—摩擦压力，立式高压机取0.5。压缩机的有效功率压缩机的轴功率100 电动机的功率（4）附属设备计算1）冷凝器冷凝器是将氨在蒸发器和压缩机中吸收的热量传递给冷却水的热交换装置，使经压缩机压缩后的过热氨气凝结成液体。采用立式冷凝器，冷凝器单位面积的热负荷取为双级压缩热负荷计算：双级压缩冷却面积计算：—双级压缩制冷高压机的氨循环量，kg/h100 选用LN-250型，14台，总的冷却面积为33882）蒸发器采用立式蒸发器—冷冻站最大制冷能力，kJ/h—蒸发器单位面积上的热负荷，取为8364—蒸发器工作条件系数，一般取1.1（新设备）选用LZL-240型的蒸发器，18台，总的蒸发面积为43203）中间冷却器安装在低压机和高压机之间，冷却低压机排出的过热蒸汽氨，避免高压机的排气温度过高，以保持高、低压机的之间压力；是液氨在进入蒸发器之前得到过冷，提高低压机的制冷量；分离低压机排气中夹带的润滑油，起油氨分离器的作用。数量：8个。筒体直径：—拟用的中冷器的数量，个100 —通过中冷器筒体的蒸汽氨的允许流速，取0.6m/s选用XQ-100型（直径为1m）的中间冷却器8个。冷却面积为66.44）高压储液桶容积—双级为高压机氨的循环量，kg/h—冷凝压力下氨的比容，/kg选用ZA-2型氨贮液桶11台，总贮液量为921.125）氨油分离器用来除去氨气中夹带的油雾，保证冷凝器和蒸发器的传热效率。—双级压缩制冷时，为高压机的总吸气容积，/h—双级压缩制冷时，为高压机的吸气系数100 —拟用氨油分离器的数量，个—油氨分离器内氨气的允许流速，一般取0.8m/s选用YF-125型（直径为0.6m）氨油分离器8个。6）氨液分离器分离由气体中所带的液滴，防止进入制冷压缩机而造成磨损或冲缸的危险。对保证压缩机的安全运转和提高制冷效率由良好的作用。—双级压缩制冷时，为通过低压机的氨的总循环量，kg/h—在蒸发压力下的饱和蒸汽氨的比容，/kg—拟选液氨分离器的数量，个—液氨分离器内气氨的流速，一般取0.5m/s选用AF-1000型氨液分离器（直径1m）23个。7）集油器冻结需冷量高峰时要开19台8AS—25冷冻机总的标准制冷量：安装JY-300型集油器3个。100 8）空气分离器用以排除在制冷系统中的不凝性气体，保证制冷装置长期正常运转和减少制冷剂的损失，提高制冷效果。在设计盐水温度低于-25℃时就应该安装空气分离器。安装3台KF-20型空气分离器。4.2冷却水系统设计4.2.1基本资料（1）冷冻站最多开5台高压机（8AS-25，每台需冷却量8/h）和14台低压机（8AS-25），高压机的总循环量为33220kg/h；（2）冷凝器进口处的温度为20℃，冷凝器的出口温度为25℃，氨的冷凝温度为32℃，中间温度为-5℃；（3）氨的中间压力为0.36186MPa,冷凝压力为1.2618MPa；4.2.2冷却需水量（1）总需水量W总需水量W按下式计算：式中W—冷却水的总需求量—冷凝器的总热负荷—冷凝器的进出口温差100 （2）冷冻机的冷却水需用量式中—冷冻机台数—每台冷冻机的冷却水需用量（3）冷凝器的实际需水量（4）新鲜冷却水需用量式中—冷凝器的进水温度，24℃—从冷凝器流回循环水池的水温，28℃—新鲜冷却水进入循环水池的温度，20℃4.2.3水源井的设计水源井的个数n按照下式进行计算100 式中Q—每个水源井的抽水量取为5个，设计5口水源井。选250QJ/125—80/5潜水泵（流量125m3/h）6台，5台运转，1台备用。4.3盐水系统设计4.3.1盐水系统管路设计（1）基本资料1）冻结站实际最大制冷量32061KW2）氯化钙溶液的比重1270kg/，盐水的比热为2.78kJ/kg℃3）盐水在管路中的允许流速，供液管内为0.5~1.5，冻结管环行空间内为0.15（冻结深度小于100m）~0.5（冻结深度大于300m）；干管和集、配圈内为1.5~2.04）冻结管去、回路盐水温度差取4.5℃（2）盐水总循环量100 --盐水流量--冷冻站的制冷能力KJ/h盐水比重kg/--盐水比热kJ/kg℃去回路盐水温差（一般浅井取2~4℃深井取4~5℃）（3）供液管直径式中—供液管内盐水的允许流速—供液管数量，根供液管规格选用聚乙烯塑料软管Φ75x6mm。盐水实际流速为1.32（4）冻结管环形空间内盐水流速外圈：100 中圈：内圈：防片孔：符合要求式中—冻结管的内直径，m—冻结孔的数量，个（5）盐水干管和集、配液圈的直径100 选用规格：选用的无缝钢管，验算流速为1.54。4.3.2盐水泵的设计（1）盐水泵设计基本资料1）盐水总循环量2）盐水比重1312kg/；动力粘滞系数为3）盐水干管，集、配液圈内径为0.660m,供液管的内径为0.063m,（外径为0.075m），第一圈冻结管内径为0.145m，第二圈冻结管内径为0.145m，第三圈冻结管内径为0.145m，第四圈冻结管内径为0.128m。4）盐水在管路内的流速：干管和集、配液圈内为1.54，供液管内为1.32，四圈冻结管的环形空间内的流速由内及外分别为：0.481m/s,0.399m/s,0.399m/s,0.399m/s。5）冻结孔的布置圈径：外圈圈径为23m，中圈圈径为17.5m，内圈圈径为14m，防片孔圈径为11.5m。6）蒸发器是的回路盐管高出盐水泵1.5m。（2）盐水泵设计计算1）盐水干管和集、配液管雷诺数式中—管子直径—盐水动力粘滞系数100 —盐水容重—干管内盐水流速有上述公式计算得到故可确定管路内流动状态为稳定紊流，管内盐水流动阻力系数冻结管内环行空间内为：式中各意义同上计算得到呈层流状态100 2）盐水流动阻力系数盐水干管和集、配液管内为：供液管内为:冻结管的环形空间内：3）压力损失h盐水干管和集、配液管内为：式中—管子长度，供液管内:冻结管的环形空间内：100 管路内弯头、三通、阀门等局部阻力：盐水泵的压头损失：回路盐水管高出盐水泵的高度：4）盐水泵所需杨程计算得到所需电动机功率式中—盐水泵的效率为0.75—电动机的功率为0.85（3）辅助冻结管100 1）雷诺数盐水干管和集、配液管内为：式中—管子直径—盐水动力粘滞系数—盐水容重—干管内盐水流速计算得到为稳定的紊流。供液管内为：意义同上式，计算得到100 相当于从层流向紊流过渡冻结管内环行空间内为：式中各意义同上计算得到呈层流状态2）盐水流动阻力系数盐水干管和集、配液管内为：供液管内为:冻结管的环形空间内：100 3）压力损失h盐水干管和集、配液管内为：式中—管子长度，供液管内:冻结管的环形空间内：管路内弯头、三通、阀门等局部阻力：盐水泵的压头损失：100 回路盐水管高出盐水泵的高度：4）盐水泵所需杨程计算得到所需电动机功率式中—盐水泵的效率为0.75—电动机的功率为0.85最后综合考虑主冻结管和辅助冻结管的情况，选择12SH-6A型盐水泵6台，流量为918，扬程70m，电机310kW，5台工作，1台备用。4.4盐水管路保温在制冷过程中为了减少低温介质与周围环境的热交换，在低温管路和设备的表面以适当的隔热结构覆盖一层导热系数较小的隔热材料，对减少冷量损失，提高冻结效果和减低冻结法凿井的成本具有重要的意义。100 根据现有的隔热质量估算，低温系统的总冷量，损失达到冻结土层所需冷量的10～25%：冷冻站内的冷量损失约占3～10%，站外的盐水管路的冷量损失约占7～15%。如果能够采用隔热性质良好的材料进行合理的保温，将会式总冷量的损失大大减少。隔热材料应具有以下性质：1）导热系数小；2)容重小，吸水率低，且耐水性好，不易腐烂，经久耐用；3）抗水蒸气渗透性能好；4）耐低温性能好；5）材料本身不能燃烧且不易燃烧；6）施工方便、劳动条件好；7）价格低廉、资源丰富、货源充足、尽量就地取材。4.5冻结可靠性保证措施4.5.1综合考虑针对唐口矿井副井冲积层以及地层的特点，以控制粘土层冻土蠕变，砂层防止片帮，冻结壁厚度和强度满足安全掘砌施工为原则，其可靠性有以下几点：（1）制冷设计采用-30℃的低温盐水，配备足够的新型螺杆式制冷设备，满足井筒冻结的需冷量；（2）应用CW-2型计算机自动测温系统，准确掌握冻结壁温度场及其变化规律；（3）企业要有一整套组织管理、施工技术管理、质量管理体系和一系列的施工措施作保证，可确保郭屯矿井主井冻结工程优质、高效、安全顺利完成，达到甲方满意。4.5.2施工工期保证（1）科学论证、精心设计，确保技术方案和施工方案最优，工期设计符合实际情况，为安全、顺利施工打好基础。100 （2）投入具有丰富的深厚表土冻结经验的施工队伍，采用新购、大型制冷冻结设备，严格控制造孔质量，确保偏斜率及最大孔间距在设计要求范围之内，冻结管确保根根试压试漏合格。（3）选择工作能力强、业务素质高的人担任现场项目经理，公司领导亲自抓，实行项目法施工，成立强有力的现场施工项目经理部，健全管理组织，选择精兵强将，确保施工队伍的高素质。（4）采用项目承包制，落实各种奖惩措施，充分调动职工的积极性和创造性，确保施工工期如期或提前完成。（5）狠抓制冷系统安装质量，提高自动化程度，提高制冷效率，保证运转正常，缩短盐水降温时间。（6）加快盐水降温速度，提高盐水泵流量，加快冻结壁交圈速度，确保按时或提前开挖。（7）根据井筒冻结情况合理分配冷量，为掘砌单位创造好的掘进条件。（8）切实做好冻结壁温度场、冻结制冷系统的监测，随时掌握冻结发展状态，真正做到信息化施工。4.5.3技术保证措施（1）预防及处理冻结管断裂1）先从设计入手，科学合理的设计冻结壁厚度、冻结壁平均温度、井帮温度及冻结管布置方式；2）采用靶域施工，防止冻结管向内偏斜值过大，具体如下：钻孔垂直度：靶域半径表土段0.7m，基岩段1.0，防片孔偏斜率≤2.5‰；内圈、防片孔向内最大偏值≤0.5m。根据《矿山井巷工程施工验收规范》要求，外圈、中圈两孔最大孔间距冲积层≤2.8m，基岩段≤4.5m。以上条件必须同时满足：孔位偏值：径向向外0～25㎜，切向±25㎜。钻孔深度必须保证冻结管下管深度不得小于设计深度0.5m；100 3）通过有效监测方式，确保掘至深厚粘土层时，冻结壁有效厚度、强度达到设计和施工安全要求；4）根据冻土试验资料，在抗压强度低、蠕变变形大的粘土层采用小段高、减少井帮暴露时间的方式快速通过，通过后迅速套筑内壁；5）加强冻结壁位移、井帮位移监测，及时确定合理的掘砌段高和暴露时间，严格控制冻结壁内表面位移量，使其小于50mm；6）在通过深厚粘土层前，降低盐水温度达到-35℃左右，降低冻结壁平均温度，强化冻结，提高冻结壁强度；7）严格控制冻结管材质量，选用20#优质低碳钢无缝钢管(GB8163—99)；选用大直径、厚皮冻结管，规格为φ140×6～7㎜，确保冻结管的韧性和强度；8）冻结管采用内衬箍坡口对接焊，接头强度提高达30%，达到母材的90%以上；9）减少冻结管温度应力；10）盐水循环措施：深厚粘土层冻结的关键在中、下部冻结壁厚度、强度能否满足施工要求，为此在施工中外圈、中圈、内圈盐水始终采用正循环，优先加强中下部冻结；防片孔新施工孔采用反循环，注浆孔中的冻结管采用正循环；加大盐水流量，降低盐水温度：采用大流量、高扬程盐水泵，加大盐水流量，向井下输送更多的冷量。提高设备运转效率，加快盐水降温速度，从而加快冻土发展速度，提高冻结壁强度；加强盐水箱水位观测，并设置报警装置，及时发现因冻结管断裂引起的盐水漏失；100 必要时冻结孔采用单孔回液方式，既可直观检测冻结孔盐水流量，便于在冻结管出现断裂、供液管及回液管堵塞时，及时查明哪个孔出现间题，采取处理措施；又能减少回液阻力，提高盐水流量。(2)冻结管下放1）冻结管在地面两两对焊，增加节长（≤18m），减少井口焊接时间；2）改造钻机钻架，钻架高度≥24m，确保冻结管提升高度；3）提前将下放冻结管运到钻机附近，减少额外作业时间；4）采用自动抱卡，加快井口作业时间；5）冻结管随下随注水，提高冻结管自重；6）电焊工持证上岗，在保证焊接质量的前提下，加快焊接速度；减少中间试压次数，严格检查冻结管质量，保证最后试压成功；7）根据局部冻冻结外保温措施，认真做好保温，减少冷量损失；8）第一根管焊好底锥，对所有冻结管要严格检查、丈量、编号、配组，丈量尺寸和打压试漏要专人记录，对每一个孔派专人现场验收，合格后方准下入；9）项目部组织对冻结孔进行逐孔二次复核试压，试压要求同初次打压，此时由公司组织有关人员对冻结孔抽查验收。（3）防止冻结壁内冻胀水（4）注浆孔中的冻结管防挤扁措施100 注浆孔中的冻结管在冻结前应向环行空间内充填细砂，边充填边晃动冻结管，保证环行空间充填密实，尽可能环行空间内的水排尽，防止水冻胀将冻结管挤扁。注浆孔中的冻结管盐水前期采用正循环。（5）井筒开挖条件1）水文孔有规律上升并溢出地面后7～10天；2）根据测温孔温度推算，所有含水层的冻结壁已全部交圈；3）按不同水平、不同地层的冻结速度以及冻结壁的平均温度推算，在井筒掘砌过程中，每一层位的冻结壁厚度和强度和冻结壁变形均能符合设计要求；4）井筒水位有规律上升并高出井筒周围小井自然地下水位500mm以上。（6）冻结与掘砌配合1）冻结为掘砌提供足够厚度和强度的冻结壁抵抗外力，封堵住动水流砂，控制冻土蠕变，确保井筒掘砌施工安全；冻为掘服务，确保安全、可靠，创造最佳掘砌施工条件。2）掘砌为冻结确保试挖段高≤1.5m，控制层及深厚粘土层段高≤2.0m，空帮时间小于20小时，必要时段高和暴露时间还要缩小；基岩段放炮时严格限制周边眼深度、角度及总体装药量，严格按规范执行。放炮时应通知冻结站，加强盐水观测，防止震断冻结管泄漏盐水；掘砌中水文孔上端加盖，不可人为堵塞，保护好水文孔畅通无阻；为冻结检测人员下井提供方便条件，保证正常检测。（7）冻结站安装、运转100 安装期间严格执行《冻结站安装施工措施》及有关规范标准；安装完成后要对整个系统进行严格的试压试漏、抽真空确保整个制冷系统不泄漏。运转期间严格按《冻结站制冷系统运转操作规程》执行。（8）水文孔、测温孔技术要求1）水文孔：花管位置一定要下到层位，花管部位先包一层塑料纱窗布再包二层棕皮，外裹一层25目铁纱布，每隔100㎜用18#铁丝缠捆一道，再每隔1m用10#铁丝扎一道；2）扩孔时选用大于水文管50mm的钻头扩孔、泥浆稍稀，冲洗干净，待水文管下到底，再下一趟岩芯管，注入清水冲洗水文孔；3）测温孔施工要求同于冻结钻孔，因测温管不打压（决不能灌水）焊接质量要严格保证，不能渗漏。（9）合理化建议1）冻结段分次套壁分次套壁的优点是：利于延长下部冻结时间，使下部深厚粘土层的冻结得到进一步加强；缩短已施工外壁暴露时间，提高其安全性。2）控制掘砌段高和井帮暴露时间国内外深厚粘土层冻结施工经验表明，在深厚粘土层中掘进段高和暴露时间的控制尤为关键，特别是那些含水量低冻结难度大、冻胀量大、膨胀性强的粘土层，应按设计和安全规范要求的段高和暴露时间掘砌，确保冻结壁变形量在控制范围之内。3）合理掌握开挖时间和掘砌速度为保护外壁的养护质量和冻结壁的有效冻结时间，应根据冻结监测的实际情况确定开挖时间和掘砌指标，不宜追求早开挖和高速度。100 4）提高外壁混凝土早期强度在冻胀量大、膨胀性强、难冻结的深厚粘土层中，外壁施工后土层继续冻胀和回冻是不可避免的，单靠延长冻结时间，把冻结壁井帮温度降到很低，减少冻胀是不现实的。为减少冻胀和冻结壁变形对外壁的破坏可采取添加早强剂等措施提高外壁混凝土早期强度，抵抗因冻结壁变形和土层冻胀对外壁造成的压力。第五章.施工技术措施5.1施工技术要求5.1.1钻孔施工主要技术要求（1）严格按设计孔位开孔施工，开孔孔位与设计孔位偏差不得超过30mm。（2）孔径：根据设计要求，配合合适的牙轮钻头，孔径能使冻结管顺利下置为准。（3）钻孔：钻进时，按钻孔深度及地层情况合理选择钻进参数、钻速、钻压及冲洗量。钻进中严格控制钻机转速，以防止钻孔偏斜，严格控制钻孔偏斜及钻孔相邻间距，使其符合“规范”和“设计”要求。（4）钻孔测斜：为检查钻孔偏斜情况，按“规范”和“设计”100 要求每钻进20m测斜一次，并每隔20m绘制钻孔实际偏斜方位图以指导施工。终孔下管后，要进行成孔测斜，每10m一个测点，依据测斜成果，最终绘制偏斜平面图和冻结壁形成平面图。钻孔全部完成后，第1、2圈冻结孔全部复测，第3、4圈冻结孔抽测20%，发现不合格的孔必须重新打补孔，以满足冻结要求。（5）钻孔偏斜要求：靶域半径表土段0.7m，基岩段1.0m，防片孔偏斜率≤2.5‰；内圈、防片孔向内最大偏值≤0.5m。根据《矿山井巷工程施工验收规范》要求，外圈、中圈两孔最大孔间距冲击层≤2.8m，基岩段≤4.5m。以上条件必须同时满足孔位偏值：径向向外0~25mm，切向±25mm。钻孔深度必须保证冻结管下管深度不得小于设计深度0.5m；（6）孔深：满足优良标准，冻结孔下管深度不小于设计深度，不大于设计深度0.5m；测温孔下管深度不小于设计深度05.m，不大于设计深度2.0m；水文孔下管深度不小于设计深度，不大于设计深度1.0m。各类管必须下到孔底，严禁冻结管内有任何杂物。（7）下管①冻结孔：外圈冻结管0~330m采用Ф159*6mm20#优质低碳钢无缝管，外管箍连接，330m一下采用Ф159*7mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接。中圈孔、内圈孔0~300m采用Ф159*6mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接，300m以下采用Ф159*7mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接。防片孔注浆管中采用Ф127*5mm20#优质低碳钢无缝管，全部内管箍连接。②测温孔采用Ф127*6mm优质低碳钢无缝管，内管箍连接，管底密封，不试压、不灌水，确保不渗水。③所有管材选用（GB8163-1999）20#低碳钢无缝管，下管时，重新丈量钻具全长和校验孔深。（8）冻结管连接：除第1圈外孔冻结管为Ф100 127*6mm，采用外接箍连接，其余冻结管均采用内衬管连接方式，水文管、测温管采用外接箍连接方式。要求管材、管箍、焊条的材质必须相适应，焊接必须按照焊接工艺要求焊接，无砂眼，无裂纹，确保焊接质量，防止盐水漏失和冻结管断裂，所有内衬管、外接箍长度均为150m。（9）底锥：冻结管、测温管、水文管下设密封底锥和加强隔板，要求底锥钢板和加强隔板厚度不小于各类管壁厚，材质与各类管相同。（10）打压：下管后，对每个冻结孔必须进行动压试漏。试压时间为30min内压力不降，或压力下降至小于0.05Mpa，再延续15min，其压力保持不变为合格。打压必须设专人。由于冻结孔深度大，打压可分段进行，并做好原始记录。打压合格后加盖密封管口，以防杂物掉入或泥浆灌入管内。（11）冻结检查孔为确保冻结深度合理，首先施工地层倾斜下方的深冻结孔，对冲击层底部基岩风化带和终孔段地层进行取芯，以便校核地层结构，主井取芯起止深度暂定为580~590m、700~710m。（12）水文孔施工①设计水文孔3个，浅孔报道四系水，深度141m/1个；中、深孔报道上三系水，深度584m/1个、355m/1个。水文管规格：D150焊管，外管箍连接。②滤水孔孔径为Ф20mm，孔距横向100mm，纵向100mm，梅花形排列，管外焊4根Ф6mm垫筋，外缠22目铁砂网2层，并用14#铅丝按5~6mm间距均匀扎紧，并用8#铅丝固定。（滤水管及封止水位置见监测、监控部分）。100 ③水文孔底部必须加焊底锥。④水文管连接处必须焊牢，不渗漏并保证同心度。⑤水文管下置后必须进行认真洗孔，以出清水为准。（13）测温孔施工：为加强对冻结壁温度场的监测，设计6个测温孔，585m/2个、702m/2个、690m/2个。测温孔采用Ф127*6mm优质低碳钢无缝管，内管箍连接，管底密封，不试压、不灌水，确保不渗水。（14）各类孔施工，均要认真做好原始记录，要求全面、详细、准确，做好各环节、各过程控制，确保钻孔施工质量，达到优良标准。5.1.2冻结施工技术要求（1）基础施工：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，所有的机具准备齐全，做好设备就位、找平、找正工作。（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。100 （4）充氨、试运转：试运转前先按设计比重配置氯化钙溶液（盐水冷媒剂），在冷却水系统、盐水系统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）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，所有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）应按“规程”和“设计”要求，根据不同地层严格控制掘进段高。（10）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。（11）冻结施工人员严格按各项规程施工，认真执行ISO9001:2000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。5.2施工顺序施工准备→基础施工→设备就位及管路和地沟槽安装→试压保温包扎→配置盐水→清水、盐水系统试运行→充氨、试运行→100 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。5.3施工工艺流程5.3.1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。冻结站安装完毕要按《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钢无缝钢管，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。（1）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装置和各冻结器安装阀门控制装置，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。（2）化验水按照设计的比重配置盐水，配置盐水时，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。100 以上个工序进行完毕，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，并进行各冻结器盐水流量检测和调整工作，各冻结器的盐水流量应达到设计要求。（1）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。从开机到井筒掘砌至冲击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。100 5.3.2冻结施工工艺流程图基础安装安装试压保温充氨试运转正常运转试挖正式掘砌冻结站拆除化盐水监测监控检修冻结沟槽施工冻器安装100 第六章.冻结施工检测、监控6.1检测内容（常规检测）（1）冻结孔施工过程监测；（2）冻结制冷系统运转指标监测；（3）冻结器工作状况监测；（4）冻结壁内、外水位观测；（5）冻结壁监测；①冻结壁温度场；②井帮位移；（6）盐水流量、盐水温度监测；（7）盐水漏失报警；6.2监测方案6.2.1冻结孔施工过程监测（1）检测目的监测冻结孔深度、偏斜和冻结器试压试漏情况，确保冻结孔深度、偏斜率、最大孔间距、冻结器试压试漏结果符合设计要求。（2）监测内容对每个冻结孔钻孔深度、偏斜进行监测，相邻两冻结孔孔间距监测，对每个冻结器试压试漏。（3）检测方法100 钻孔深度根据钻具长度进行实际计算。委派专人监测冻结孔偏斜，冻结孔偏斜监测分为指导钻进偏斜监测和成孔偏斜监测，指导钻进偏斜监测深20~30m测斜一次，成孔偏斜每孔必测。相邻两孔施工完后，根据测斜成果绘制出不同水平偏斜图，再找出最大孔间距。对于以上监测内容发现超过规定值者应纠偏。冻结段耐压试验压力为702m孔4.0MPa，605m、590m孔3.6MPa,235m孔2.0MPa试压时间均为45min。（4）监测记录单孔测斜成果单，测斜成果总平面图；冻结管试压试漏记录等。6.2.2冻结制冷系统运转指标检测（1）检测目的监测氨系统、盐水系统、清水系统的温度、压力、电流、电压等运转参数，分析冻结制冷系统运转情况，确保其安全、高效运行。（2）监测内容盐水温度、压力；蒸发温度、压力；冷凝温度、压力；盐水去回路温度、压力；清水去回路温度、压力；中冷器进出液温度、压力；设备的运转电流、电压、吸排气温度、压力、油压、油温；盐水水位等。（3）监测方法安装期间在管路适当位置安装测温元件、压力计等，实现运转监测。100 （4）监测仪器温度计、压力表、电流表等，运转开始后每天24小时监测，直至停机。（5）监测记录冻结站各种运转日志，绘制盐水降温曲线。6.2.3冻结器工作状况监测（1）监测目的监测冻结器工作状态，确保冻结器工作正常。（2）监测内容冻结器盐水去回路温差。（3）监测方法在每个冻结器去回路头部处，各布置1个测温点，自开机至停机每24小时巡回检测一次，获取正常的温度差，冻结孔个数141个，共需要282点。（4）监测仪器：数据采集器、微机等。（5）监测记录：冻结器头部去回路温差记录表。6.2.4冻结壁内外水位监测（1）监测目的根据井筒内水位、水文孔水位及井筒外地下自然水位的变化情况，判断冻结壁是否交圈。（2）监测内容井筒水位、水文孔的水位、周围地下自然水位。100 （3）监测方法三个水位采用精密水准仪测定统一观测高程，在水文孔内、井筒内、周围农用井内采用电测水位仪检测，开机50天后每天检测一次。（4）监测仪器电测水位仪，精度±1mm。（5）监测记录水位变化记录表、水位变化曲线。6.2.5冻结壁监测测试系统的组成原则和特点：组成原则：为简化测试系统，测量温度均为以热电偶为主，测量冻结壁压力、冻结壁位移均统一采用输出信号类型相同的传感器。尽量选用能同时测温和测压力（或应变）的传感器，以减少传感器的数量。冻结温度场、冻结压力、盐水温度监测等采用计算机技术、通信技术、显示技术和计算机控制技术（简称“4C”100 技术），分层分级的结构形式。由于采用了分散控制，集中操作，分级管理和分而自治的设计原则，计算机与现场是充分隔离的，现场干扰影响不到计算机，数据采集器放置在现场并采用串行通讯的方式与上位计算机进行通讯，一台上位计算机可控制多台数据采集器，数据采集器与传感器之间采用模块方式链接，这样就使得现场测点分散到各模块，模块分散到数据采集器，构成分级机构形式，某一彩电或某一模块出现故障只影响相关部分，对整个系统没有影响。由于数据采集器专为现场使用而设计，工作可靠抗干扰能力强，并可直接与各种传感器连接而不需要其他变送器或外加调解电路，使用方便可靠。（1）硬件系统硬件由计算机、调制解调器、光电隔离器、数据采集器、温度传感器（热电偶）、打印机等组成（见图6-2-1）。每台上位计算机可控制15台数据采集器，每台数据采集器可带6个通道扩展模块，每一通道扩展模块可接36个测点，整个系统多可接3240个测点。（2）软件系统采用专用冻结温度场监测系统软件包，软件包为菜单式用户界面，人机对话方便，数据自动打印、存储，同时可方便的将测量数据进行远距离传送。（3）冻结壁温度场监测方法。在测温孔内布置铜—康铜热电偶进行测温，掌握温度场在书香和径向上的变化规律。每个测温孔内放一串热电偶，根据地层情况和实际需要每间隔10~20m设一个测点。100 （1）冻结壁温度传感器布置在冻结壁内外共布置6个测温孔，每孔内布置20~30个测温点（粘土、砂层、及其界面），经标定校核后，接入数据采集器，最后集中接入微机管理系统。从冻结站开机始，每24小时检测一次，直至停机。通过冻结壁温度监测可判断冻土扩展速度；冻结壁交圈、均匀与否，预测井壁与冻土零度线之间的距离。用单点测温仪不定期监测各测温元件活的参数的准确性及井下实测井帮温度。必要时在水文孔、冻结孔内进行纵向测温。依据测温资料，组织专家定期分析研究冻结温度场变化，以指导、调整、加强冷量配备。测温孔布置示意图见冻结孔平面布置图。6.2.6井帮位移（1）监测方法使用挂线垂球钢尺法或收敛计法进行井帮位移的测量。挂线垂球钢尺法将系有钢球的线索悬挂于外壁的钢筋钩上，以此线索为基准用钢尺测出不同时刻各测点至线索的距离，即冻结壁各位置随时间变化的位移值。100 收敛计法是测量二点间长度变化的仪器，先将二个测点固定在冻结壁上，然后将仪器的一端通过通过球绞点与一个测相连，另一端通过钢尺的挂钩与冻结壁上的另一测点相连，通过弹簧给钢尺施加一定的拉力，如果两测点间有位移择钢尺的拉力变小。通过弹簧将拉力加到原来值，就可在百分表上读出两测点间的位移值。（2）井帮位移测点布置在冻结壁内侧沿圆周方向等间距布置位移4个测点，使用垂球法和收敛仪测量开挖后冻结壁在井帮处位移，井帮位移测量与井筒掘砌相对应，做到每班专人测量记录。6.2.7盐水流量、盐水温度监测（1）检测装置温度检测装置采用DT-100型温度测试计算机集散系统。流量测量采用涡旋式流量传感器配合流量积算仪，单根冻结管使用内径Ф60mm的流量传感器，量程0~50m³/h。盐水干管（总管）使用内径Ф350mm的流量传感器，量程0~1800m³/h。流量计型号：LUGE-60型和LUGE-350型（江苏宜兴神鹰）。（2）温度、流量传感器布置为检测低温盐水去、回路温度，在盐水干管去、回路上安装热电偶温度传感器，测量去、回路温差。内径Ф60mm的流量传感器布置在地沟槽内，每个冻结器上留有接口，根据需要可随时测量每个冻结管的盐水流量，需4台。内径为Ф350mm的流量传感器布置在去路盐水干管上，需6台。6.2.8盐水漏失报警使用多点巡检报警器对冻结站中所有盐水箱的盐水液位进行巡回检测，其巡检频率不低于10点/秒，一旦发现某一盐水箱的液位低于设定值即发出声光报警。100 液位传感器布置：液位计安装在每一个盐水箱内，通过屏蔽电缆将信号传送到多点巡检报警器上。共需液位计10台。第七章.冻结井筒掘进7.1试挖与正式开挖的条件及时间估算7.1.1冻结壁厚度冻结壁厚度是按照冻结地层的最大地压计算的，最大地压值一般是在冻结段的下部。而上部的地压较小，要求冻结壁的厚度也相应的小些。若等到冻结壁的厚度达到设计厚度时才进行开挖，那么随着冻结的继续，冻结壁不断增厚，当开挖到最大地压时，冻土将扩展到荒经以内很多，甚至使井筒冻实，这将给工作带来困难。一般要求冻结壁交圈后，浅部冻结壁的厚度或强度足以抵抗该处的地压时就可以进行开挖，并继续进行积极冻结。使冻结壁进一步扩展，以适应深部地压的要求。7.1.2井筒开挖的条件及时间估算（一）试挖1.条件（1）水文观测孔内的水位已有规律的上升并冒水；（2）测温孔的温度降至设计要求值，证实含水层的冻结壁已全部交圈；100 （3）按不同地区，不同底层的冻结速度以及冻结壁的平均温度推算，在井筒掘砌过程中，每一岩层的冻结壁厚度和温度均能符合设计要求。2.时间估算TS=T0+Z1式中：TS—估算井筒试挖时间，天；T0—不同孔距的冻结壁交圈时间，根据测温孔实测得交圈时间为86天；Z1—冻结壁交圈后至开始试挖时间，一般取10~20天，本井取20天。计算的：试挖时间为106天。（二）正式开挖1.条件（1）根据水文孔和测温孔资料，确定全部含水层的冻结壁均以交圈；（2）通过试挖已证实冻结壁已有一定的厚度，按冻土扩展速度推荐，不同深度的冻结壁厚度和强度可以适应掘进速度要求；（3）正式开挖前的准备工作已全部就绪。2.时间估算Tz=T0+Z2式中：Tz—估算井筒正式开挖时间，天；T0—不通孔间距的冻结壁交圈时间，根据测温孔实测的交圈时间为86天；Z2—冻结壁交圈后至开始正式开挖时间，一般取20~40天，本井取40天。100 计算的：正式开挖时间为126天。7.2开挖前的准备工作7.2.1四通一平（1）场外公路及场内主要运输路线已能满足井筒施工设备、材料运输的需要；（2）供配电系统以正常供水，供水量能适应井筒施工的需要；（3）工程施工供水系统已正常供水，供水量满足井筒施工的需要；（4）通信联络系统已正常使用，能满足井筒施工的需要；（5）施工现场的平整程度已能适应井筒施工的需要。7.2.2临时工业建筑冻结段崛起工业建筑已交正常使用，并能适应井筒施工的需要。7.2.3锁口、井口盘、井口棚、固定盘和凿井吊盘、稳绳盘（1）冻结井筒一般先施工临时锁口，风井还应考虑风道口的施工；（2）锁口、井架基础应和环形冷冻沟槽的，相互关系，当井架基础与冻结管、集液管位置互相影响时，应提出具体方案和施工图；100 （3）应注意井架基础与环形冷冻沟槽的关系，当井架基础与冻结管、集液管位置互相影响时，应提出具体方案和施工图。（4）井口安装，质量合格。（5）固定盘吊盘和稳绳盘已加工好，并在地面完成整体试组装工作；（6）井口棚用不燃型材料建筑，标高应比附近地面高0.5m以上。7.2.4提升信号系统（1）井架、天轮、翻矸台、溜矸台和矸石仓安装完毕、质量合格；（2）提升机、绞车安装完毕，提升系统运转系统正常；（3）提升钢丝绳缠绕完毕，提升机运转正常；（4）信号系统安装完毕，联络方便、准确。7.2.5压风系统（1）压风机安装完毕，试运转正常；(2)压风管路和压风干燥装置完毕，质量合格。7.2.6混凝土搅拌运输系统（1）混凝土搅拌机安装完毕，试运转正常；（2）沙石堆和清洗场地施工完毕，系统安装和试运转正常；（3）沙、石、水泥过磅装置及运输系统已施工和安装完毕，试运转正常。100 7.2.7试挖（1）冻结壁交圈后10~20天左右进行试挖，深度一般为20米左右；（2）试挖15~20米后进行吊盘、固定盘及其它凿井悬吊设备—稳绳盘、压风管、电缆、安全梯等的安装工作。7.2.8技术培训完成各种工种的安全、质量和技术操作的培训工作，有些特殊工种要经过考试合格。7.3冻结段掘进与支护的特点表7-3-1冻结段掘进与支护特点特点要求掘进筑壁冻结段穿过的稳定性差、压力大，水量丰富，水头高冻结壁应具有抵抗地压的足够强度井壁既要满足承压要求，有应具有良好的防水性能，内层井壁应能承受全部水压，整体性好，无裂缝，不漏水冻结壁为弹—1.100 塑性体，具有流变特性，在施工过程中易产生塑性变形和引起片帮，并对井帮产生较大的冻结压力，特别是粘土的冻结压力几乎与深度成正比应严格控制掘进段高，防止片帮或冻结比变形过大外层井壁应能抵抗冻结压力而不破坏，结构能适应地层来压的特点，要采取有效的早强措施，以适应冻结压力的增长规律1.外层井壁整体性应不受破坏，若允许适当变形时，要对变形进行有效的控制井帮冻土温度随着深度增大而降低1.压风管路和风动工具要采取防冻措施2.要有适宜的挖掘冻土的机具3.冻结段放炮时应放小炮，防止崩断冻结管4.不放炮时可采用自然通风，放炮时要用机械通风为了防止混凝土冻坏，外层井壁要求采取低温防冻措施1.井壁应具备一定的纵向抗拉能力100 混凝土井壁浇筑初期，与井帮之间存在较大的温差，容易使混凝土产生温差裂缝，并由于水泥水化发热，势必融化一部分冻土，容易引起井壁下沉外层井壁的段高接缝碴处，应尽可能设在隔水层中1.内层井壁混凝土入模温度不宜过高在冻结壁的保护下进行掘砌工作，井壁无淋水冻结段掘砌过程不需要安装排水设备但转入基岩掘进前必须安好排水设备内层井壁应喷水养护，防止或减少裂缝7.4段高的确定7.4.1影响掘进段高的主要因素A.岩层性质（1）细、中、粗沙层和卵石层中充满着易于冻结的自由水，冻结后强度较大，蠕变特性不显著，段高可相对大一些；（2）粉沙、砂质粘土、粘土层中含有较多的薄膜水，冻结后强度较低，且易于产生塑性变形，段高不宜过大；（3）钙质粘土和铝质黏土中含有大量不易冻结的薄膜水，冻结后强度较低，加上本身具有一定的膨胀性，蠕变特性显著，宜采用小段高。B.地压与冻结壁强度100 从冲击层地压随着深度增加而增大的特点分析，段高应随着深度的增加而缩短。从冻结壁的强度分析，一般当上部冻结壁未扩至井帮就开挖，经帮温度较高，易于片帮，不宜采用较大的段高，中部冻结孔间距不大，强度往往超过设计指标，段高可适当加大；下部冻结孔偏斜大，虽然井帮温度较低，但冻结壁有效强度不大，加上地压大，冻结壁易于产生塑性变形，宜采用小段高。C.冻结管偏斜掘进速度快，相应地缩短了井帮的暴露时间，段高可适当加大，否则段高应相应减小。7.4.2根据井帮稳定性确定的掘进段高（深井冻结）（1）上部井深20米以内，一般冻土已接近或扩入荒径以内，经帮稳定性差，易引起片帮坍塌，宜采用短段掘砌。（2）中部井深50~150米范围内，一般冻土已接近或扩入荒径以内，冻结壁厚度和强度的储备系数较大，经帮稳定性较好，开采用较大段高掘砌。（3）下部井深150米往下，尽管冻土扩入井内较多，但由于冻结孔间距大以及部分冻结管偏斜而靠近片帮，或偏入井内，使冻结壁有效厚度减薄，强度受到消弱，加上地压大，冻结壁强度的储备系数较小，尤其是粘性土层的流变特性更为显著，井帮易于变形或片落，掘进段高应根据冻结壁厚度和平均温度适当缩小。100 7.5挖掘方法7.5.1冻土进入荒径前的挖掘方法采用短段分块掘砌法，设计荒径以内，先砌一层砖或料石作临时支护，壁后充填砂浆或混凝土，待整圈临时支架做好后砌筑外壁，段高1.0~1.2米。7.5.2冻土进入荒径的挖掘方法（1）冻土扩入片帮不多时，可采用风镐超前挖掘未冻土；（2）井心全部冻实或接近冻实，用风镐或机械破岩，也可采用钻研爆破法，但需要浅打眼少装药；（3）风化带或含水基岩掘进可采用钻爆法，但须采取措施保证不损坏冻结管。7.6风动工具的防冻措施7.6.1压风过滤干燥法压风入井前通过装有活性炭或无水氯化钙的过滤器，水分被吸收而提高压风干燥度。7.6.2压风冷凝分离器法（1）冷凝器放在井口（2）压风管通过冷冻沟槽中100 7.6.3降低冰点法本法是在压风管路上安装一个盛酒精与冷冻机油混合溶液的容器，每隔一定时间向压风管内注入，起降低压风中水分的冰点和润滑风动工具的作用。7.6.4风动工具直接消冻法（1）风动工具直接注入酒精化掉风动工具的冰屑；（2）井下设正温器，容器内保持40℃左右正温。将冻住的风动工具放入容器内消冻后再使用。第八章.冻结法凿井主要事故分析与防治措施8.1冻结管断裂8.1.1断管特点（1）冻结管断裂大多数发生在深度大于150米的厚粘土中；（2）冲击层中断管绝大多数发生在冻结壁或已砌井壁出现较大位移后，基岩中断管绝大多数是因爆破所致；（3）断管的冻结管大多数属于向井内偏斜，靠近井帮的冻结管首先断裂；（4）深厚粘土层中采用分段冻结或差异冻结时断裂的冻结管较多；100 （5）焊接箍或丝扣接箍的冻结管均发生过断裂，但焊接箍冻结管断裂的比例较大。8.1.2断管原因分析（一）冻结壁变形大A．冻结壁设计厚度偏薄或冻结孔布置圈偏小（1）冻结参数选取不当；（2）冻结孔布置圈直径确定之后，在增大井筒净直径、井壁厚度或超挖等，均会导致冻结壁实际厚度减薄，减小冻结管距井帮的距离。由于冻结壁或临时井壁位移，容易造成冻结管断裂；B.冻结壁实际温度偏高冻结壁平均温度是确定冻结壁强度的基本指标之一，它与盐水温度、冻结孔间距、冻结厚度、井帮温度等因素有关。当冻结壁厚度一定时，冻结壁的平均温度随着盐水的上升和孔距的增大而升高。C.冻结粘土强度低粘性土层比沙性土层的冻结速度慢，冻结壁厚度小。特别是膨胀性钙质粘土或铝质粘土中含有较多不易冻结的薄膜水，结冰温度低，冻结强度小，流变性显著，持久强度随着荷载作用的延长而降低。D.分段冻结和局部冻结100 分段冻结和分段局部冻结是将一个井筒所需要冻结的深度分为两段或两段以上按顺序进行冻结。一般是当上段冻结一定时间并转入井筒掘砌后，在开始下段冻结，相应地缩短了下段的冻结时间，使下段冻结壁厚度减薄和强度降低，以及在分段冻结的分解面附近盐水温差较大，容易引起冻结管断裂。E.差异冻结差异冻结的下部冻结管间距比上部冻结管大一倍，冻结壁厚度相应减薄、强度降低。一般适用于稳定性较好的第三纪冲击层、风化带及含水基岩，而在第四纪冲击层和稳定性较差的第三纪冲击层中采用差异法冻结时，往往由于下部冻结间距大、冻结壁的厚度较薄和强度较低、塑性变形较大而引起冻结管断裂。F.冲击层埋藏深度大冲击层的地压大小与埋深成正比，愈深地压愈大，崛起过程中作用于井壁上的冻结压力也愈大，对冻结壁和冻结管的稳定性威胁也愈大。G.掘进段高大加大掘进段高势必延长井帮暴露时间和增大冻结壁的变形，降低冻结壁和冻结管的稳定性。在深厚粘土层中加大掘进段高特别容易引起冻结管断裂。H.临时井壁承压能力小由于此类井壁整体承压能力小，在外荷载作用下容易引起结构变形以及料石或预制块破坏，导致冻结管断裂。（二）钻孔及冻结管质量差（1）冻结管材质及接头强度低；（2）套管式冻结管易于挤扁；（3）钻孔偏斜和弯曲大。(三)爆破震动过大100 无论在冲击层或基岩冻结段采用爆破作业，均应有经审批的安全技术措施，对炮眼至冻结管的距离和每项的装药量严格控制。8.1.3断管预防措施根据工程地质资料和土工试验资料，土层抗压强度小，蠕变性大，膨胀性强，井帮位移及冻结管断裂对井筒冻结段施工的安全会造成很大威胁，为此借鉴国内外冻结井筒断管的经验与教训，结合在邱集、城郊、鲁西、湖西、程村等深厚粘土层冻结未发生断管的成功经验，采取以下措施：①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，减少粘土的蠕变性能。②主、副井采用低温塑性好，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。③采用三圈孔加辅助孔的冻结方案，降低了冻结壁平均温度，提高了冻结壁的整体强度，增加了冻结壁的安全可靠性。④针对冻土实验报告，井筒300m至冲击层底部段，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。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加强井下监测工作，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24小时，以有效地控制冻结壁位移。100 8.2冻结段施工过程透水淹井8.2.1淹井出水部位及原因（1）塑料管供液管接头脱落，导致冻结孔间距扩大，影响冻结壁正常交圈；（2）水文孔未冒水或失灵，过早掘进延长冻结壁交圈时间；（3）钻孔偏斜大及个别冻结孔深度不够，导致冻结孔间距过大，影响冻结壁交圈；（4）水文管串通两层压力不同的水，流水不易冻结，形成了不交圈的上下窗口。（一）工作面冻结壁局部破裂处（1）实际冻结深度小于冲击层的实际厚度；（2）地质检查钻穿过井筒，使基岩水盐水利钻孔涌入井内；（3）冻结深度未能封住与冲击层有有水力联系的基岩；（4）①冻结不正常，盐水温度偏高，冻结壁局部偏薄，强度偏低；②冻结管材质差，接头强度低；③粘土层中掘砌段高大，井帮暴露时间长，冻结壁变形大，影响断管漏盐水，融化冻结壁。（二）冻结壁局部融化窗口（1）部分冻结管距井帮太近或偏入井内，冻结壁厚度薄；（2）冻结壁薄弱部位未及时砌筑井壁或外层井壁质量差不能隔水。100 8.2.2防止冻结段施工过程透水淹井的措施（1）把好冻结设计关；（2）把好冻结孔质量关；（3）把好冻结掘砌关。8.3冻结段井壁透水淹井8.3.1井壁设计（冲击层583.10m）（1）根据冻结段穿过的地层特点选择适宜的井壁结构因冲击层H>200m易用夹层井壁，外壁用现浇混凝土或预制块；（2）井壁受力原则：冲击层厚度>200m的冻结井，外壁、内壁分别承受土压和水压，但外壁的段高应不小于5m和不遭受破坏，套壁后两层井壁之间要注浆填实。（3）井壁不允许现凿梁窝，一般宜用树脂锚杆固定罐道梁或预埋钢板梁窝盒。8.3.2井壁施工质量（1）确保内外层井壁的有效厚度；（2）确保井壁设计强度，根据井下情况，混凝土按设计强度高一级配置；（3）确保井壁的整体性和隔水性，双层井壁要预埋注浆管，解冻前进行注浆，夹层井壁的隔水性要严格按措施施工；（4）确保混凝土的密实性；（5）严格施工管理。100 第九章.拔管填充与冷冻站拆除9.1液氨和盐水的回收9.1.1液氨回收方法及注意事项1.停冻时间（1）单层井壁施工，应在冻结段结束停冻后拆除冷冻设备（2）双层井壁施工，应在内层井壁套壁正常后停冻，冷冻设备应在套壁后拆除。2.准备工作（1）有足够回收液氨的氨瓶或氨贮液桶；（2）备齐回收液的工具、连接管、瓶架、磅秤、压力表、胶管工具等；（3）准备防毒面具、胶质手套、胶靴、毛巾等防护工具；（4）设有专用的医药急救箱；（5）采用氨贮液桶作氨罐时，还应增设贮液桶底座，按氨瓶的承压要求经试验，合格后方可使用。3.回收方法（1）从调节站回收（2）从冷凝器回收D.注意事项（1）氨是无色有毒、易燃、易爆气体，回收时严格按操作规范作业，并应有熟练工人操作；100 （2）在回收过程中，视冷凝器压力情况应多次反复将中冷器、贮液桶、蒸发器钟氨气抽出，排入冷凝器；（3）夏季气温高于30℃回收氨时，氨瓶应放置在凉棚内或用冷水淋氨瓶，防止回收过程中氨瓶压力过大，发生爆炸；（4）氨瓶在充氨时，应防止进入空气，否则易发生爆炸；（5）氨液回收工作结束后，应打开空气阀放出余留氨气和附属设备的油脂；（6）氨液回收后，复用前应作纯度实验。9.1.2盐水回收方法、贮运及注意事项1.回收方法（1）盐水箱内的盐水可用盐水泵直接排至储液池或装入容器内转运；（2）盐水干管、集配液圈内的盐水，可在地沟槽内安置一台小水泵，将吸水管与任一冻结器的回水软管连接，打开盐水系统的有关阀门，开泵，即可将盐水抽出排至指定的容器或储液池内。（3）冻结管内盐水可用压风吹出或高压顶出。2.盐水贮存运输（1）溶液贮存法：将回收的盐水贮存在贮水池，贮存池可设在井口或供应点，用盐水箱或胶囊包运到各使用点。（2）固体贮存法：将回收的盐水进行煎熬，蒸馏溶液中的水分而成固体，包装贮存。3.注意事项（1）盐水回收前应准备好贮存池、水泵、容器和运输工具等；100 （2）盐水回收后，应及时拆除蒸发器、盐水泵和管道，并用清水洗刷涂漆。9.2冷冻设备和管路的拆除及注意事项9.2.1拆除前的准备工作（1）现将系统内的氨、油及盐水全部收回，才开始拆除工作；（2）准备足够数量的工具、堵板以及设备、仪器箱等；（3）揭掉冷冻沟槽及干管沟的顶盖。9.2.2拆除步骤（1）拆除保温材料；（2）拆除系统中和设备上的仪器仪表；（3）依次拆除系统除氨管、油管、冷却水管和盐水管路，拆除方式是由高到低，先小后大；（4）拆除冷冻设备；（5）配、集液管可以在拔管时或处理冻结管时拆除。9.2.3注意事项（1）管路内外要除锈，清理干净，并涂油1~2遍，各类管路分组编号一次入库。（2）连接法兰前要涂油，并用木板保护贴口。（3）设备拆除后，应放置在枕木底座上，以便装运。（4）拆下螺栓应除锈清理，涂油配冒，按规格装箱。（5）拆除后的设备、阀门、仪表等要进行检修，上油涂漆，按好坏和品种分别装箱。100 （6）检修后的设备和阀门敞口部分应加堵板封闭，或用木塞、塑料布包堵，以防止脏污落入设备内部。（7）设备搬运要稳移轻放，避免碰撞以免损坏。（8）蒸发器在拆除前应保持正常盐水箱水面，以免暴露在空气中腐蚀；拆除后应及时用清水冲洗，除锈刷漆。（9）冷凝器停止工作后应经常供水，拆除后应及时用刷管机或人工刷去水垢杂物。（10）拆下的设备管路等完好情况，应有专门详细记录以备查考。9.3拔管与填充9.3.1拔管（一）把冻结管的准备工作（1）制定拔管安全技术措施：确定拔管、填充方法及施工期；编制劳动组织和技术安全措施；编制拔管器材计划；（2）封闭井口，准备拔管场地;停止井筒作业，井口交拔管人员管理；拆除拔管障碍物；（3）拆除集、配液圈：拆除冻结沟槽顶盖及隔热材料；拆除冻结器与集、配液管的连接管；拆除集、配液管；（4）安装拔管机具和管路：安装拔管机具、绞车、扒杆、滑车等。改善原有盐水循环系统，以便循环热盐水。（二）拔管方法1.人工局部解冻100 （1）手段：利用盐水在冻结器里循环，使冻结管周围的冻结融化大100毫米左右，以便拔管；（2）盐水加热：向盐水贮存池或盐水箱通蒸汽加热盐水，也可直接用地炉加热盐水箱中盐水；冬天，采用蒸汽加热盐水时，应注意盐水箱的隔热；（3）循环热盐水：利用冷冻站的盐水泵循环热水，采用正反循环交替进行，尽可能使上下部冻土融化范围基本一致；先用30~40℃的盐水循环5分钟左右，然后循环60~80℃的盐水达30分钟左右；认真测量去路盐水和贿赂盐水的温度，当回路盐水温度上升到25~30℃时，即可进行边循环边起拔。2.起拔（1）用10吨拔管机械或50~100吨千斤顶给30~50吨的试拔力，起拔500毫米左右，便可停止循环热盐水，用压风管内盐水排至盐水池中；（2）继续将冻结管拔出1~1.5米，截去管盖；（3）若试拔力达50~70吨仍起拔不动冻结管时，则应送入热盐水继续循环；（4）使用拔管机起拔时，给油量要由小到大，不得超过额定压力进行强力起拔。3.拔管（1）供液管：利用扒杆或井架上安装的滑车、钢丝绳及调度绞车，快速拔出供液管；用提桶把冻结管内剩余的盐水排除;（2）冻结管：当起拔压力降至25~30吨时，便可改用绞车通过滑车慢速提升，如起拔过程中发现负荷显著增大，应继续循环热盐水，消除挤加力量后，再进行起拔。100 （三）冻结管起拔困难原因及处理方法（1）冻结管底部有沉淀物，热水循环不到底，下部未化冻。应用高扬程、大流量的盐水泵冲洗，在重新用热盐水循环。（2）采用聚乙烯供液管时，容易在循环热盐水过程中破裂，而造成盐水短路。应将供液管起拔检查，换铁供液管，在进行热盐水循环；（3）掘砌时，冻结管埋入井壁内。放弃回收冻结管或将下部割断；（4）停冻时间过长，冻土自然解冻，土层围抱力增大，加大起拔力，但容易断管。利用割刀割断冻结管，分段起拔，减小土层围抱力；（5）由于负压作用，在冻结管起拔过程中孔底的吸引力大。在管内放炮炸掉底锥，减小孔底吸力。9.3.2填充（一）冻结管填充的必要性冻结管废弃之前，要进行注浆，将孔内外空间充填密实，防止上下含水串通。如冻结管拔不出，可用砂浆或细渣混凝土将冻结管填满，必要时还应采用穿孔填充法将管内及管外的环形空间填实；拔管和填充同时进行，边拔管边填充，冻结管拔出，若不充填密实，冻结壁解冻后将给工程带来许多隐患，如冲击层与基岩的水串通，增大可能造成沙土流失，破坏冲击层的稳定性；造成不均匀下沉和围岩移动，对井壁产生不均匀地压，影响井架基础和井口建筑物的稳定性。100 （二）冻结管填充方法1.填充与拔管交替作业（1）冻结管起拔1.2~2m后，先将底锥扫掉，减小孔底负压吸力。（2）用钻杆作填料管，下至孔底。每当冻结管的环形空间向外泄气或水，边下充填物，边提钻杆，或用钻杆上下串动捣实。（3）该法充填及时，防止出现孔洞和孔壁塌落堵塞，充填质量较好，适用于深冻结孔充填。2.充填与拔管顺序作业（1）冻结管基本拔出后，进行一次充填。（2）管口与溜灰漏斗链接，由漏灰漏斗内下一根泄压管。泄压管下部割有几个进气长孔，上部用调度小绞车提吊。（3）该法工序简单，但充填质量比上述方法差，故只适合于浅冻结孔充填。3.穿孔充填作业（1）冻结管拔不出来时，可用此法填充，质量可靠；（2）用炸药包等距布置在冻结管内，爆破后使各方向穿孔，然后注浆充填冻结管与土层之间的环形空间及冻结管内部；（3）充填方法：在导线上固定炸药包架，炸药包等距放置，并设在不同的方向；炸药包用电起爆，爆破后回收导线及架子；从地面冻结管口往下注水，有两种可能，连续注入，说明水进入冻结管外的岩层中，甚至进入井筒，注浆到冻结管向外冒浆为止，如水通过不自由，则注不进浆为止，但注浆压力要控制；注浆工作在每一个冻结管的不同水平穿孔注浆；导线带有深度指示器，指示炸药包距地表的深度。100 （三）注意事项（1）充填事应连续下料，一面中间停顿引起坍孔和堵孔；（2）泄压管应保持畅通，发现堵塞，可用压风吹或提出处理。100'