朱集煤矿主、副井冻结施工组织设计.doc

朱集煤矿主、副井冻结施工组织设计

77
2020年4月19日
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淮南矿业集团朱集煤矿
主、副井井筒冻结工程施工组织设计

说

明

书

中煤第五建设公司第三工程处
二00六年五月二十四日

设计汇编:

设计制图:

设计审核:

目 录

前 言---------------------------------------------------------------------------3
1. 井筒特征及地质、水文地质概况--------------------------------------4
2. 井筒冻结施工方案--------------------------------------------------------------------11
3. 冻结制冷参数设计--------------------------------------------------------11
4. 氨系统设计---------------------------------------------------------------17
5. 盐水系统设计------------------------------------------------------------19
6. 清水系统设计------------------------------------------------------------21
7. 供电系统设计------------------------------------------------------------21
8. 隔热层设计及井筒开挖条件-------------------------------------------23
9. 工期排队及劳动组织----------------------------------------------------24
10、管道安装施工方案--------------------------------------------------------------------26
11、管道安装施工工艺--------------------------------------------------------------------27
12、管道检查、检验和压力试验---------------------------------------------------------42
13、管道泄漏试验------------------------------------------------------------------------44
14、管道吹扫与清洗----------------------------------------------------------------------44
15、管道防锈------------------------------------------------------------------------------45
16、冷冻站安装期劳动组织与工期安排------------------------------------------------45
17、施工准备和施工总平面布置--------------------------------------------------------47
18、主要施工设备、计量设备及冷冻站所有设备-------------------------------------48
19、主要安装材料需用计划-------------------------------------------------------------49
20、质量保证体系和质量保证措施------------------------------------------------------51
21、文明施工及环境保护措施-----------------------------------------------------------54
22、安全施工措施-------------------------------------------------------------------------55
23、防止深厚粘土层冻结管断裂的措施----------------------------------56
24、保证井筒施工质量有效监测手段和方法---------------------------------57
25、附施工图纸---------------------------------------------------------------------------64

前 言
淮南矿业(集团)朱集矿位于安徽省淮南市潘集区境内,距洞山约38km,井筒位于矿井工业广场内,场地内地势平坦,多为农田,无障碍物。
该矿井由安徽省合肥煤炭设计院设计,矿井设计生产能力400万t/a,采用立井开拓方式,主、副、风、矸石井四个井筒位于同一工业广场内,其表土段均采用冻结法施工,基岩段采用地面预注浆封水。
其中朱集煤矿主、副井井筒冻结工程由我处承担施工,为了优质、高效、安全、快速地完成本工程的施工任务,特编制<淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒冻结工程施工组织设计>。
编制设计的主要依据为:
⒈<淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒冻结分项工程施工合同>;
⒉<淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒冻结分项工程招标文件>
3.<淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒答疑资料>
4. 淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒检查孔综合柱状图及井筒检查孔中间地质资料;
5. 井筒检查孔冻土物理力学性能试验报告;
6. 淮南矿业集团朱集煤矿主、副井井筒井壁结构图;
7. 淮南矿业集团朱集煤矿水质分析报告;
8. 淮南矿业集团朱集煤矿工业场地平面布置图;
9.<矿山井巷工程施工及验收规范>;
10.<工业金属管道工程施工及验收规范>GB50235-97;
11.<现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范>GB50236-98;
12.<机械设备安装工程施工及验收通用规范>GB50231-98;
13. 输送流体用无缝钢管执行GB/T8163-99;
14.工业金属管道设计规范GB50136- ;
15.炭钢焊条执行GB5117-95;
16.<简明建井工程手册>。
17.<煤矿安全规程>
1. 井筒特征及地质、水文地质概况
1.1井筒特征
井筒主要技术特征见表1.1.1。
表 1.1.1 主、副井井筒主要技术特征表
序号
项 目
单位
主 井
副 井
备　注
1
井口自然标高
m
+21.921
+24.000

2
井口设计标高
m
+24
+24

3
井筒净直径
m
φ7.6
φ8.2

4
中心坐标
m
X=37517.788
Y=83421.445
X=37382．000
Y=83239．000

5
表土层厚度
m
323.40
328.10

6
基岩风化带厚度
m
33．90
30．69

7
支护方式
冻结段

钢筋混凝土
钢筋混凝土

基岩段

素混凝土
素混凝土

8
冻结段最大井壁厚度
mm
1050～1600
1150～1700

9
井筒设计深度
m
984
1015

1.2井筒地质、水文地质概况
1.2.1地质概况
根据检查孔地质综合柱状图,朱集矿井主、副井井筒穿过的地层自上而下为新生界冲积层和二叠系地层。
新生界地层,朱集煤矿新生界冲积层主、副井厚度分别为323.40m、328.1m,主要由砂、粘土、砂质粘土和粘土质砂组成。其中主井垂深304.7~318.50m为含砾砂质粘土,粘土粘结性、可塑性一般,整层固结中等;副井垂深260~280m为粘土层,浅灰绿杂锈红色,致密,含钙质成骨状分布,底部富集呈半岩化状,受锰质浸染,固结好。主、副井粘性土层占总厚度比例分别为:50%、47%,主要由砂质粘土、含砾砂质粘土、粘土组成。主、副井井筒穿过砂层分别为34层和35层,主要由细砂、中细砂、中粗砂、细砂盘、粘土质砂组成,砂层总厚度分别为157.46m、168.6m,所占总厚度比例分别为48.7%、51.4%。该层与基岩风化带呈不整合接触。
二叠系地层:基岩风化带属上二迭系石千峰地层,岩性组合以常见含砾砂岩、致密坚硬石英砂岩、灰绿色砂岩、花斑状泥岩、浅红色泥岩以及无埴物化石为特征。地层平缓,倾角5°～10°。
基岩风化带厚度:潘谢矿区基岩风化带深度一般在基岩界面下垂深30m左右,然而各地区常有较大差异,风化带深度与所在古地形位置、岩石性质、岩石裂隙性质和发育程度、古潜水面高低以及有无古河床冲刷等因素有关。
基岩风化带厚度详见表1.2.1.1。
表1.2.1.1　　 　　基 岩 风 化 带 厚 度 表
检查孔名称
风化带
主 井
副 井
备 注
新地层厚度(m)
323.40
328.10

风化带深度(m)
357.90
360.70

风化带厚度(m)
34.50
32.60

强风化带厚度(m)
/
14.85

基岩风化带特征:
根据主井检查孔柱状,基岩风化带起止深度323.40～357.90m,厚34.50m,呈锈黄、浅棕、土黄色。泥质岩与砂岩相间成层,大致各占一半,间夹破碎泥岩2.90m。风化砂岩:上部砂岩含铁质或菱铁鲕粒,石英砂岩硅质胶结,致密坚硬,其下有砂砾岩;下部砂岩为中粗粒,细粒,坚硬,含较多细砾,砾径l～6mm。砂岩高角度垂直裂隙发育,呈开口张性,局部有”x”裂隙,裂隙面多铁锈,局部有方解石或泥质充填,岩芯破碎呈块状、碎块状或短柱状。风化泥岩:顶部泥岩强烈风化,破碎;中部花斑砂质泥岩高角度裂隙发育,开口张性,裂隙多铁锈,较破碎;下部花斑泥岩滑面发育,面上具钙膜、锈黄色,岩芯较完整。
根据副井检查孔柱状,基岩风化带起止深度328.10～360.70m,厚32.60m,呈黄色,上段14.85m为强风化带,呈棕红、锈黄、浅棕色,下段砂岩呈灰黄色,泥岩为浅灰~灰白杂锈黄色。风化砂岩、泥岩相间成层,大致各占一半。风化砂岩以细粒为主,夹含砾粗砂岩一层,砾径2~4mm,泥质~硅质胶结,局部菱铁鲕粒富集。高角度斜交裂隙比较发育,属张性,裂面具水蚀铁锈,局部有方解石脉充填。岩石比较完整,RQD=30~70%,浸水基本稳定,唯顶部粉砂岩浸水崩解。风化泥岩:局部含褐色鲕粒,岩芯完整,裂隙不发育,局部有垂直裂隙RQD=90~100%,浸水泥化,崩解或碎裂。
1.2.2水文地层概况
朱集矿新生界地层厚度由东向西增厚,东部不足300m,西部可达400m,按照潘谢矿区新地层含水层划分一般的作法,将朱集工广井筒检查孔新地层划分为四个含水层组,三个隔水层组。
一含:一含厚度在23.60~25.90m之间,上部为灰绿色、土黄色粘土,多气孔,虫穴、植根,夹φ5mm左右砂姜,下部为粉砂,累厚17.00m,锈黄色,疏松~松散,含粉土。一含富水较弱,易受污染,属农业灌溉和居民饮用水源。一含属潜水~半承压水,受大气降水及地表水体渗入补给,水位变化具有季节性,与大气降水密切相关。地下水以垂直运动为主,层间迳留微弱,排泄方式主要是人工开采、地面蒸发、植物蒸发和地表河流。
一隔:主、副井底界埋深分别为52.35 m、52.10m,层厚27.95 m、26.20 m,主井夹3~4层薄层粘土质砂和细砂,副井为单一土层。土层占层组厚度的比例分别为88%、100%。一隔地层结构详见表1.2.2.1。
表1.2.2.1 一隔地层结构表
检查孔名 称
埋 深(m)
厚 度(m)
砂 层
土 层
土层占百分数(%)
顶 界
底 界
层 数
累 厚(m)
层 数
累 厚(m)
主 井
24.40
52.35
27.95
3
3.25
4
24.70
88
副 井
25.90
52.10
26.20
／
／
1
26.20
100
一隔为厚层粘土、砂质粘土、砂质粘土,灰绿色杂锈黄色,密实~致密,含砂质不均,性韧,可塑,上中部有φ3~5mm砂礓,大有8~15mm。
一般在工广内比较稳定,具隔水作用,但外部局部变薄,砂层增厚,失去隔水作用。
二含
底界埋深主、副井均为92.40m,层厚分别为40.05 m、40.30m,夹土层1~2层,单层粘土层厚度较大,地层结构详见表1.2.2.2。
表1.2.2.2 二含地层结构表
检查孔名 称
埋 深(m)
厚 度(m)
砂 层
土 层
砂层占百分数(%)
顶 界
底 界
层 数
累 厚(m)
层 数
累 厚(m)
主 井
52.35
92.40
40.05
4
26.25
2
13.80
66
副 井
52.10
92.40
40.30
4
23.30
1
17.00
58
二含砂层以中细砂、细砂为主,底部为中粗砂,含巨粒。土黄杂灰色,松散,含泥质团块。上段有厚层砂质粘土,浅灰绿色杂棕黄色,致密,局部可塑,含钙质零星分布。有钙质φ3×2cm,大者φ3×5cm。
二含砂层累厚分别为26.25、23.30m,占层组厚的比例分别为66%、58%,根据潘北矿水四1孔抽水试验,H=21.147m,q=1.580L/sm,T=19℃,M=0.69g/L。水质属HCO3-K+Na型。根据潘集矿区水源勘探报告资料,H=18.76~20.05,q=3.077L/sm,K=9.105~11.437m/d,M=0.36~0.989g/l,导水系数598.38~648.75m2/d,储水系数(3.8~6.6)×10-4,越流系数(4.33~5.54)×10-4,总硬度12.12~15.17德国度,水质属HCO3-Na型、CL-HCO3-Na型。可见,二含水量充沛,并存在上部含水层越流补给,为矿区供水水源。
二含属冲积平原型孔隙承压水,地下水迳流方式为侧向层间迳流,补给水源以侧向和一含越流补给为主,水位随一含按季节变化,与三含上段砂层有水力联系。排泄方式主要是人工开采、侧向水平迳流以及向中含上段砂层的越流补给。
综合淮南矿区二含资料,水力坡度为0.8/10000~2.92/10000,在自然状态下的流速为0.25mm/d~3.12mm/d。
二隔
底界埋深97.50~99.50m,层厚5.20~6.60m,为单一结构的砂质泥岩,浅灰绿色,土黄杂灰绿色,局部灰白色、致密,中上部含钙质呈半岩化,固结较好。
二隔土层分布比较稳定,在不破坏水力均衡条件下,具有隔水作用。
三含
主、副井顶界埋深分别为97.6 m、97.7m,底界埋深分别为261 m 、260m,层组厚分别为163.4、162.3m。砂层19~20层,累厚分别为106.2 m 、112.15m,占层组厚度的65%、69%,夹土层21~17层,累厚57.2 m~50.15m,土层单层厚度在0.40~8.60m之间,一段厚1~5m。地层结构详见表1.2.2.3。
表1.2.2.3 三含地层结构表
检查孔名 称
埋 深
厚 度
砂 层
土 层
砂层占百分数(%)
顶 界
底 界
层 数
累 厚
层 数
累 厚
主 井
97.60
261.00
163.40
19
106.20
21
57.20
65
副 井
97.70
260.00
162.30
20
112.15
17
50.15
69
根据潘一矿水47-2、水47-1、水47三个钻孔在三含中分段抽水试验资料,(相当于上述朱集三含上、中、下三段),水质有明显垂直分带现象,抽水成果见下表1.2.2.4:
表1.2.2.4 三含分段抽水成果表
孔 号
层段
含水层起止深(m)
单位涌水量(L/sm)
水位标
高(m)
水 温(℃)
矿化度
水质类型
水47-2
上
88.88~135.06
1.002
20.59
18
1.07
CL-HCO3-Na
水47-1
中
149.70~174.87
0.274
23.55
21.5
2.263
CL-Na
水 47
下
190.12~211.68
0.398
23.77
22
2.296
CL-Na
三含属冲积层平原型孔隙承压水,上部二隔土层厚度小,在区域范围内三含与二含存在水力联系,三含补给来源以二含的越流补给为主,次为水平迳流补给。排泄方式主要是水平迳流和人工开采,储存量受区域调节。
根据板集水源勘探三含上段水位图,水力坡度为8.38/10000,自然状态下的流速为4.77~7.46mm/d。
三隔
主、副井底界埋深分别为281.25 m、280m,层厚分别为20.25、20.0m,基本上属于厚层单一结构的粘土层。地层结构详见表1.2.2.5
表1.2.2.5 三隔地层结构表
检查孔名 称
埋 深(m)
厚 度(m)
砂 层
土 层
砂层占百分数(%)
顶 界
底 界
层 数
累 厚(m)
层 数
累 厚(m)
主 井
261.0
281.25
20.25
1
2.20
2
18.05
89
副 井
260.0
280.00
20.00
／
／
1
20.00
100
三隔岩性为厚层粘土,浅灰绿色杂锈红色,含钙,呈团块状分布,底部钙质富集,呈半岩化,锰质浸染,固结良好。
粘土层厚度大,结构单一,分布稳定,具有良好的隔水性能。

四 含
主、副井顶界埋深分别为281.25 m、280m,底界埋深分别为323.40 m 、328.1m,层组厚分别为42.15m、48.10m,地层结构详见表1.2.2.6。
表1.2.2.5 四含地层结构表
检查孔名 称
埋 深(m)
厚 度(m)
砂 层
土 层
砂层占百分数(%)
顶 界
底 界
层 数
累 厚(m)
层 数
累 厚(m)
主 井
281.25
323.4
42.15
6
9.71
5
32.44
23
副 井
280.00
328.1
48.10
8
21.75
6
26.35
45
根据岩性,四含可按四段划分:即上段砂层;中段厚粘土、砂质粘土、钙质粘土;下段厚层含砾砂质粘土、钙质粘土;底部砾石层。
潘集矿区下部砂砾含水层呈南东~北西向条带分布,以潘集背斜南翼最厚,呈凹槽状向两侧及古地形凸起处变薄或尖灭,在凹槽处砂砾层厚达50~70m,砾径10~15mm,最大250mm,结构疏松至半固结状。富水性随砂砾层厚度与含泥量的多少而变化,凹槽内q=2L/sm左右,两侧一般小于1L/sm。潘北矿和朱集矿四含均位于该砂砾层条带的北缘,潘北矿四含平均厚58.25m,砂砾层占组厚的50%,朱集矿工业广场四含厚42.15~48.20m,砂砾层占组厚的23%~45%,以含砾或不含砾的粘土、砂质粘土、钙质粘土为主,其富水性小于潘北。
根据潘北水四6、水四3-1、水34、水52、补水40等五孔抽水试验,H=22.60~24.55m,q=0.0167~0.251L/sm,T=24~27.5℃,M=2.345~2.673g/L,水质CL-K+Na型。
根据潘一矿下部砂砾层等水位线图得知,四含水流向自西北向东南,水力坡度为1/10000,在自然条件未破坏的状态下,地下水流速不大于1mm/d。
潘集矿区底部砂砾层结构复杂,地处其北的朱集矿四含以土层为主,砂砾层比例大幅下降,上有三隔压盖,与三含无水力联系,下部基岩风化带渗透性差。
2．井筒冻结施工方案
2.1冻结深度的确定
根据<矿山井巷工程施工及验收规范>第4.2.2条规定:立井井筒的冻结深度必须穿过基岩风化带,伸入不透水的稳定岩层10m以上。考虑到深井冻结井筒壁座的位置、风化带位置及冻结孔底无效冻结段等因素,参照招标文件和答疑资料,确定主井冻结深度为387m、副井冻结深度为375 m。
2.2冻结方案
主、副井井筒表土层深度分别为323.40m、328.1m,特别是新生界深部厚粘土层单层厚度较大、埋藏深、单轴抗压强度低、蠕变特性显著,为了确保井筒安全连续施工和上部快速施工的要求,确定主、副井井筒采用一次冻全深,主冻结孔、加强冻结孔和辅助防片帮孔共同运转的综合冻结施工方案。主、副井主冻结孔均采用差异冻结,主井深孔深度为387m,浅孔深度为337m;副井深孔深度为375m,浅孔深度为344m。内圈为辅助(加强)冻结孔,根据井壁结构特点,分为两圈冻结孔”梅花”状布置,主井加强冻结孔孔深337m,防片帮冻结孔深度为180m;副井加强冻结孔孔深344m,防片帮冻结孔深度为180m。
3．冻结制冷参数设计
3.1 冻结壁厚度设计
主井以冲积层底部砂砾层(320.3m)作为控制层位,副井以冲积层底部中砂(318.3m)作为控制层位,采用无限长厚壁筒弹塑性理论多姆克公式计算冻结壁厚度。
E=R｛0.29×P÷〔σ〕+2.3×(P÷σ)｝2｝
R ——掘进荒径R主=5.45m,R副=5.85m;
P ——控制地层的地压,P主=0.013H=4.164Mpa、 P副=0.013H=4.134MPa;
〔σ〕——控制地层的冻土计算强度,冻结壁平均温度取-15℃,冻土单轴抗压强度根据<建井手册>,取〔σ〕=6.6MPa。
经计算E主 =6.0m, E副 =6.4m。
3.2 冻结孔布置
3.2.1 冻结孔布置圈径
φ=Da+2(Ε-Ey+a)
式中: φ------主冻结孔布置圈直径,m;
Da-----井筒掘进最大直径,m;
E-------冻结壁计算厚度,m;
Ey-------冻结壁外侧厚度,经计算Ey=2.55m;
a-------冻结孔内侧径向偏斜值,取0.5m。
经计算φ主= 19.1m,φ副= 20.4m。
主副井内圈孔均分为两圈冻结孔,采用”梅花”状布置,其加强冻结孔布置圈径分别为φ14.0m、φ15.2m;防片帮冻结孔布置圈径分别为φ12.5m、φ13.3m。
3.2.2 冻结孔布置数量及开孔间距
主井主冻结孔数量N =48个,实际开孔间距1.25m,采用差异冻结的方式,浅孔过强风化带;加强冻结孔18个,实际开孔间距2.443m;防片帮冻结孔18个,实际开孔间距2.182。副井主冻结孔数量N =52个,实际开孔间距1.232m,采用差异冻结的方式,浅孔过强风化带;加强冻结孔19个,实际开孔间距2.513m;防片帮冻结孔19个,实际开孔间距2.199m。
3.3 冻结孔施工质量要求及控制
3.3.1钻孔质量要求
(1)孔位标定孔间距允许误差±2mm;开孔孔位允许偏差:径向向外0~20mm,切向±20mm。
(2)钻孔偏斜:所有钻孔必须同时满足以下条件:
① 冻结钻孔偏斜率表土段≤2.5‰,基岩段≤3‰。
② 表土段主冻结孔、加强冻结孔向井中径向偏值≤500mm。
③ 主冻结孔表土段最大孔间距≤2.4m,基岩段相邻两深孔最大孔间距不大于4.0m。
(3)钻孔测斜:冻结孔、水文孔、测温孔钻进时每隔20m测斜一次,如超过规定,及时纠偏。
(4)不允许打穿相邻孔。
(5)钻孔下管深度误差不超过设计深度+0.5m,不小于设计深度。
(6)每个钻孔下管前钻孔施工单位提供下管通知单,内容包括孔号、孔深、测斜取点(每20m一个测点)位置、偏率、偏值、偏向等。当符合上述设计要求,并经相关单位验收人员验收认可后方可下管。
3.3.2、钻孔施工要求
(1) 冻结管下入钻孔后,及时进行动压试漏,试验压力为3.9Mpa。试压30min,压力下降不超过0.05MPa,再延续15min压力不变为合格。
(2) 水文孔按照设计要求下好水文管后,及时用钻杆压入清水冲洗水文管,直至管外返清水,以保证水文观测孔的质量和观测效果。
(3) 测温孔下管时不得灌水,保证不漏水。
(4)测温管、水文管采用外接箍焊接,冻结管采用内接箍对焊。
(5) 钻进过程中每个孔均要进行监测,下好冻结管后要进行成孔量测。冻结管深度用经过比长的测绳直接在冻结管中量测。测斜以JDT-Ⅲ型及其以上的陀螺测斜仪资料为准。最终移交的钻孔偏斜成果资料要求终孔时以陀螺仪在冻结管内实测为准,取点间距为20m。钻孔竣工质量验收(终检)测斜在冻结管内逐孔进行。
(6) 全部钻孔施工完毕后,钻孔施工单位必须提供钻孔实测孔位、钻孔测斜成果图、钻孔质量自检验收表、申请验收报告等有关资料,有关单位组成验收小组共同验收,验收时,冻结管的深度、试压情况逐孔进行,偏斜情况由验收小组逐孔检测。经验收小组验收全部合格后才算工程竣工。
(7)钻孔所有资料应及时报处工程科、质保分中心备案。
3.4 测温孔、水文孔设计及冻结管材
3.4.1测温孔深度与数量
主井测温孔布置4个,主冻结孔外侧2个(测1、测2),孔深均为365m;加强冻结孔与主冻结孔之间布置1个测温孔(测3),孔深330 m;防片帮冻结孔内侧1个(测4),孔深180m。
副井测温孔布置4个,主冻结孔外侧2个(测1、测2),孔深均为370m;加强冻结孔与主冻结孔之间布置1个测温孔(测3),孔深336 m;防片帮冻结孔内侧1个(测4),孔深180m。
要求布置在终孔间距较大的位置,且外侧孔至少有一孔在地下水流方向的上游位置。
主井热电偶测点位置为:21m(细砂)、48m(粘土)、66m(中砂)、117 m(砂质粘土)、130 m(细砂)、175 m(细砂)、181m(粘土)、200m(粉砂)、230m(细砂)、255 m(中砂)、268m(粘土)、312m(含砾砂质粘土)、328m(风化中砂岩) 、343m(风化砂质泥岩)、363m(花斑状砂质泥岩)。测1#、测2#均为15个测点,测3#为13个测点,测4#为6个测点。
副井热电偶测点位置为:21m(粉砂)、40m(粘土)、55m(中细砂)、84m(细砂)、129m(含砾中砂)、140m(砂质粘土)、166m(固结粘土)、175m(细砂)、183m(砂质粘土)、202m(粉细砂)、230m(中粗砂)、270m(粘土)、298m(砂质粘土)、325m(砾石岩)、334m(风化泥岩)、358m(风化细砂岩)、368m(砂质泥岩)。测1#、测2#均为17个测点,测3#为15个测点,测4#为8个测点。

3.4.2 水文孔布置
主、副井各设置3个水文孔。深度分别为主井:47m、262m、322m;副井:28m、262m、328m。
主井相应花管位置:1#孔在12～25m、33～36m、41～45m三个部位布置;
2#孔52～57m、64～69m、74～93m、97～115m、118～134m、143～148m、153～179m、185～210m 、214～221m、224～245m、250～260m十一个部位布置;3#孔在274～278m、281～288m 、301～305m、318～320m四个部位布置。
副井相应花管位置:1#孔在6～26m一个部位布置;2#孔52～60m、77～93m、98～137m、142～148m、153～165m、168～178m、186～222m、225～239m、242～259m九个部位布置;2#孔在283～288m、292～295m、301～305m、322～326m四个部位布置。
水文孔结构详见水文孔加工图。
3.4.3 冻结管材选择
主、副井主冻结孔:选用Φ159×7mm低碳钢无缝钢管;加强冻结孔选用冻结管材为Φ140×7mm低碳无缝钢管;防片帮冻结孔均选Φ140×6mm低碳无缝钢管;测温孔、水文孔管材均选Φ108×5mm低碳钢无缝钢管。Φ159×7mm共计36070m,重量为946.48吨;Φ140×7mm共计12602m,重量为289.34吨;Φ140×6mm共计6660m,重量为132.07吨;Φ108×5mm共计3745m,重量为47.56吨。以上钢管用量均为实际净用量,没有考虑损耗用量。冻结管用内管箍焊接,测温管、水文管用外管箍对焊。冻结管材及管箍质量必须符合GB8163—1999的标准要求。
3.5 积极冻结期估算
冻结孔允许最大偏斜率表土段θ土≤2.5‰,主冻结孔表土段允许最大孔间距为2.4m,故主、副井冻结壁最大交圈半径R=1.20m。
冻土平均扩展速度:砂层取V=0.024m/d,粘土取V=0.018m/d。估计主、副井筒冻结壁交圈时间均为50天,达到试挖条件冻结时间均为60天。冻结壁达到设计厚度积极冻结时间:主、副井分别为142天、150天。
冻结工程主要技术参数详见表3-5-1。
表3-5-1 朱集煤矿主、副井井筒冻结主要技术参数表
序号
参 数 名 称
单 位
主井
副井
备 注
1
井 筒 净 直 径
m
φ7.6
φ8.2

2
井 壁 厚 度
m
1.05～1.6
1.15～1.7
3
井 筒 最 大 荒 径
m
φ10.9
φ11.7
4
表 土 层 深 度
m
323.4
328.10
5
冻结壁平均温度
℃
-15
-15
6
积极冻结期盐水温度
℃
-32
-32
7
冻 结 深 度
m
387
375
8
需要冻结壁厚度
m
6.0
6.4
9
冻结孔径向偏值
m
0.5
0.5
10
主冻结孔
深 度
m
387/337
375/344
11
布 置 直 径
m
φ19.1
φ20.4
12
孔 数
个
24/24
26/26
13
开 孔 间 距
m
1.25
1.232
14
冻 结 管 规 格
mm
φ159×7
φ159×7
15
加强冻结孔
深 度
m
337
344
16
布 置 直 径
m
φ14
φ15.2
17
孔 数
个
18
19
18
开 孔 间 距
m
2.443
2.513
19
冻 结 管 规 格
mm
φ140×7
φ140×7
20
防片帮冻结孔
深 度
m
180
180
21
布 置 直 径
m
φ12.5
φ13.3
22
孔 数
个
18
19
23
开 孔 间 距
m
2.182
2.199
24
冻 结 管 规 格
mm
φ140×6
φ140×6
25
测温孔
孔 数
个
1/1/2
1/1/2
26
深 度
m
180/330/365
180/336/370
27
规 格
mm
φ108×5
φ108×5
28
水文孔
孔 数
个
1/1/1
1/1/1
29
深 度
m
47/262/322
28/262/328
30
规 格
mm
φ108×5
φ108×5
31
冻结钻孔工程量
m
28553
30524
32
冻结需冷量
万kcal/h
329.4
352.1
33
冷冻站需冷量
万kcal/h
378.8
404.9
34
冷冻站装机标准制冷量
万kcal/h
2662
35
冻 结 工 期
d
203
198
36
开机至试挖/试挖至停机
d
60/143
60/138
注:1、冻结深度以井口设计标高+24ｍ为+0计算。
2、水文孔、测温孔深度,主、副井分别以+23.7ｍ、+22.92ｍ为+0计算。
4．氨系统施工设计
4.1冻结管散热能力计算
QT=πdHnK
d――冻结管外径;
H ――冻结深度;
n ――冻结管个数;
K――冻结管散热系数,表土段K土=250kcal/hm2,基岩段K岩=350kcal/hm2
经计算冻结管散热能力:
Q主=329.4万kcal/h,Q副=352.1万kcal/h
4.2冷冻站需要制冷能力计算
主、副井共用一个冷冻站。
冷冻站需要制冷量Q站=1.15×(Q主+Q副)=783.7万kcal/h。
4.3 制冷设计参数选用
制冷系统采用双级压缩制冷工艺。
盐水去路温度-32℃,制冷剂蒸发温度-37℃,冷却水进水温度+25℃,制冷剂冷凝温度+35℃,经中冷器冷却后高压液氨温度比中冷器内液氨温度高5℃。
4.4 冷冻站实际制冷能力
选用双级压缩制冷,低压机选用JZ3KA31.5D型螺杆冷冻机9台、8AS-17型活塞机5台;高压机选用JZ3KA25型螺杆机6台、8AS-12.5型活塞机2台;冷冻站实际装机标准制冷量为2662万Kcal/h,可满足两井筒同时冻结的需要。其中8AS-17型活塞机2台,8AS-12.5型活塞机2台作为备用机。
4.5 冷冻站辅助设备选用
(1)冷凝器的选型:
为节约冷却水用量,冷冻站选用高效蒸发式冷凝器,氨冷凝温度36℃,湿球温度29℃。
选用蒸发式冷凝器EXV-Ⅱ-340型15台(每台排热量1524kw),冷却面积5715 m2。为了保证冷却效果,每台冷凝器安装一台电磁水处理器。
(2) 汽化器选型 :
Qco
汽化器蒸发面积 Fe=----- × μe
qe
qe-----蒸发器单位面积传热能力,qe=2100 kcal／m2h
μe-----蒸发器工作条件系数μe=1.25
经计算Fe =4665m2选LZA—160型蒸发器30台,总汽化面积为4800m2;每台汽化器内必须安装立式搅拌机,配用立式5.5KW电机。
(3) 中冷器选型:
预选ZL—10型中冷器6台。
(4) 贮氨桶选型:
选用ZA-5型贮氨桶4台。
(5) 集油器选1台,型号为JY—300。
(6) 空气分离器选4台,型号为KF—50。
(7)为了防止液氨进入压缩机内而产生液力冲击造成事故,本工程在氨系统低压侧增加氨液分离器,选10台AF—300型氨液分离器。
(8) 选用2台油氨分离器,型号为YF-100。
(9) 选用4台玻璃钢冷却塔,型号为DBNL3-300型。
4.6 氨管路直径选择及液氨、冷冻机油用量计算
(1)