風井凍結施工組織設計

凍結管規(guī)格200以下φ159×㎜，200以上φ159×。供液管規(guī)格φ75×6㎜。12

凍結孔偏斜及最大孔間距

m

表土段鉆孔偏斜率≤2，基巖段鉆孔偏斜率≤3‰,向內最大偏值為0.4但防片孔不許向內（井心方向）偏斜；最大孔間距表土段：主圈孔≤

m,m，基巖段≤2.4

m，腿孔間≤3.5m.輔助孔、防孔按偏斜要求；

測溫孔水文孔

m/個m/個

441.5/2360/1179/1

419.5/2、360/1179/1

規(guī)格φ89×5㎜水文管1085

鉆孔工程量井筒需冷量凍結站標準制冷量

m10Kcal/h

26647314.91020

26163309.41002

5281018

鹽水溫度

℃

-25～-32

工期造孔地溝槽開機至試挖試挖至開挖開挖至停機

dddddd

33073107515157

32572107515153

每井5臺機，單臺進尺2200m/月試挖20m要求成井月，外進尺104m/月11.1

工程概礦井概XX集團XX井田位于河南省市西南，北鄰城郊井田，南與安徽省接壤。行政區(qū)劃、馬橋三鄉(xiāng)管轄，其地理坐標為東經116°13′34″~116°18′07緯33°47′21″~33°53′58″。本井田處于華北平原與黃淮沖積平原的交接部位，地勢平坦，自西北向東南略有傾斜，地面標高一般在+31～+33m相對高差2m左右。井田中部的XX鄉(xiāng)距XX市區(qū)16km，東北距隴海、津浦線交匯站徐州118km，北距隴海鐵路商丘站114km，西距京九鐵路亳州站。東距徐（州）阜（陽）鐵路的百善站48km礦區(qū)鐵路專用線已投入運營；永（城）渦（陽）公路縱貫井田，鄉(xiāng)村道路四通八達，交通方便（詳見圖1-1該礦井設計生產能力1.2Mt/a，服務年限56.6年。井田地質儲量萬噸，可采儲量9515.2萬噸。礦井設計采用立井單水平上下山開拓，當前開采水平標高為-550m，-550m水平軌道運輸大巷和膠帶運輸大巷布置于煤層頂板巖石中。XX井田交通位置圖

圖1.2

氣候、象與地震本井田屬暖溫帶季風氣候區(qū)冬季寒冷雨雪少春季干旱風沙多夏季炎熱雨量充沛，秋季晴和，日照充足。年平均氣溫在14℃左右，年平均降水量850.65mm年平均蒸發(fā)量1742mm。蒸發(fā)量大于降水量左右。降水多集中在。降雪及冰凍期為每年月初至翌年3月，最大凍土深度。地震：XX縣境內自有史料記載以來，沒有4.7以上地震的震中分布，但本區(qū)地處華北地臺東南邊緣，靠近郯盧斷裂地震活動帶，受鄰區(qū)地震影響比較頻繁，最大地震烈度為六度。1.3井筒主技術特地面自然標高為+31.5m，井口標高為+34.5m，表土層厚度340m，進風井深419.5m，落底標高為-385m水平位于煤層頂板距二2煤層回風井深409.5m落底標高為-375m水平，位于煤層頂板，距二煤層10m。詳情見表1—1井筒主要技術特征表表1－1序號

名

稱

單位

南翼進風井

南翼回風井

井口坐標

緯距經距Y

39430617.000

39430671.000

井口標高井筒深度

+34.5

+34.5

井筒直徑砌壁

掘進厚度材料

凈以以以以凍結段基巖段

5.07.95/7.8/6.2鋼筋砼鋼筋砼

5.07.95/7.8/6.2鋼筋砼鋼筋砼

表土層厚度凍結深度

井筒裝備

梯子間、壓風管、注漿管22.1

井筒地特征井筒工地質特征XX煤礦所處井田區(qū)為全掩蓋區(qū)，其基巖地層均隱伏于新生界地層之下，新生界地層厚度為344.38m（根據(jù)井檢鉆孔實際揭露井檢鉆孔的地層由新到老穿見有：第四系全新統(tǒng)（）及更新統(tǒng)（近系上新統(tǒng)(N2)、中新統(tǒng)(N1)、二疊系下統(tǒng)山西組P1s炭系上統(tǒng)太原組（C3t分述如下：1、第四系（Q）全新統(tǒng)（31.77m，頂部為耕植土，中上部為黃褐色、褐灰色砂質粘土和雜色粘土，底部為褐黃色砂質粘土，局部含泥質及鈣質結核。含大量姜結石和小礫石。更新統(tǒng)（Q1-3100.10m，上部為雜色粘土、亞粘土，中下部為礫石及棕黃色～黃褐色粘土、砂質粘土夾多層黃色細砂及中砂層。底部為黃褐色～灰褐色細砂和砂質粘土。礫石層礫徑范圍為5～30mm右，分選較差。本層穿見砂層3層，共7.91m與下伏地層平行不整合接觸2、新近系（N）上新統(tǒng)（68.99m，由土黃、灰黃、灰綠色亞粘土，粘土組成，夾黃棕色亞砂土、細砂層透鏡體。粘土層較厚可塑性強。本層穿見砂層層，共計27.60m。與下伏地層平行不整合接觸。中新統(tǒng)（N1143.52m，上部由灰黃、棕黃、土黃色中-細粒砂層、灰黃、土黃、灰綠色亞粘土，粘土組成，含鋁土質。下部以黃、灰綠色粘土為主，含鋁土質和石膏晶體，夾細砂、粉砂質透鏡體。底部發(fā)育一層灰白色鈣質亞粘土，局部已成巖。與下伏地層不整合接觸。3、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）本孔穿見山西組地層103.99m，由泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、煤層及中-細粒砂巖組成。穿見煤層2層，分別為二上煤層（厚2.48m）及二2煤層（2.16m二2煤層以上地層以砂巖為主，次為粉砂巖、砂質泥巖，上部見有含菱鐵質鮞粒鋁質泥巖。2煤層以下地層以粉砂巖、砂質泥巖為主，2煤層底板砂巖中多含菱鐵質結核，且夾粉砂質、泥質條帶，呈明顯的水平及緩波狀層理。與下伏太原組地層整合接觸?；鶐r風化帶處于山西組頂部，與新生界地層呈不整合接觸，厚度為（偽厚底板深度分別為344.38，標高為313.348～，其巖性為主要為粒砂巖、泥巖，局部夾砂質泥巖，厚層狀，裂隙發(fā)育，巖芯完整度差，值為41～74%。4、石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）本孔揭露太原組地層18.80m。穿見L12灰?guī)r（厚2.73m上為深灰色、灰黑色海相砂質泥巖（厚8.22m以此海相泥巖頂界為太原組與山西組的分界。據(jù)以往資料顯示，該組地層平均厚度138.87m與下伏本溪組整合接觸。詳見井筒檢查孔工程地質柱狀圖井筒檢查孔工程地質柱狀圖序

統(tǒng)

地層

層厚

累計厚系

巖性描述號

/

名稱

/m

度/m1

無芯鉆進。

8.00

8.00黃色、褐黃色，可見植物腐蝕物，中下部可見大量漿結石。巖芯較松散、破2

黃土

3.3911.39碎。褐黃色、黃色，局部略含砂質，中上部可見漿結石小團塊，巖芯粘性一般，3

粘土

20.3831.77全新

砂質

較完整?；尹S色，含砂質不均勻，局部為粘土薄層，底部可見少量漿結石，上部巖芯4

2.8434.61統(tǒng)Q

粘土

較破碎。

粘土砂質粘土粘土

灰黃色，局部可見少量深灰色腐蝕物，中上部含砂質。黃色褐黃色含砂質不均勻，局部含砂量較高含粘土質巖芯較松散。全層巖芯較完整?；尹S色，局部含砂質為砂質粘土，中下部可見少量漿結石。

13.3147.924.7952.7112.8265.53黃色、灰黃色，略含泥質成分，偶見白云母碎片。砂粒顆粒較均勻，巖芯松8

細砂

1.9567.48散?；尹S色，中上部含砂質為含砂質粘土，局部可見細小鈣質團塊，團塊粘度不9

粘土

1.3568.83第

大，手捏即碎。上部巖芯較整狀，底部巖芯松散、破碎。

四系

細砂粘土

灰黃色，局部含泥質，砂粒顆粒較均勻，巖芯松散，手捏即碎。褐黃色，上部含少量砂質，中下部質純，巖芯粘性較大，巖芯整狀。

1.7070.5316.3886.91Q

褐黃色、灰黃色，含鈣質團塊及燧石結核，局部鈣質含量較高，巖芯細12

粘土

15.26102.17膩致密?？咨?4.18m-95.52m含少量砂質，為含砂質粘土?；尹S色，質純，含少量泥質。偶見性點狀白云母碎片，孔103.50m可見13

更

細砂

4.26106.43石英飄礫。巖芯松散，手捏即碎。新14

粘土

灰黃色褐黃色局部可見鈣質團塊及燧石結核底部含砂質巖芯較完整。15.94122.37統(tǒng)15Q

砂質粘土

褐黃色，局部灰白色，含砂質不均勻，局部泥質成分含量較高，巖芯致密完整。

3.24

125.61灰黃色含鋁土質成分局部含鈣質團塊及砂質巖芯細膩光滑粘性較大。16

粘土

6.26131.87底部巖芯具擠壓滑面?；液稚?、灰黃色，局部含泥質成分，砂粒顆粒較均勻，偶見白云母碎片，巖17

細砂

15.07146.94芯松散，手捏即碎?；尹S色，含鋁土質成分，巖芯細膩光滑，粘性較大。局部可見大量鈣質團塊18

粘土

18.23165.17砂質

及砂質?？咨羁梢娐咽印r芯整狀?；尹S色，局部含鈣質呈灰白色，含砂質不均勻，局部粘土含量較高，頂部可19

0.90166.07粘土

見有鈣質團塊，巖芯較松散，底部含砂量漸增?；尹S色，局部含泥質，偶見白云母碎片，砂粒顆粒較均勻，頂部巖芯缺失嚴20

細砂

12.53178.60重，中下部巖芯松散，手捏即碎?；揖G色，頂部含砂質，巖芯致密光滑，粘性較大，頂部巖芯采取率偏低。底21

粘土

22.26200.86部巖芯可見擠壓痕跡?；揖G色、灰黃色，含鋁土質成分，巖芯細膩光滑，局部可見鈣質結核，巖芯22

粘土

15.18216.04砂質

粘性較大，上部可見擠壓痕跡?；尹S色、灰綠色，局部可見直徑約礫，砂質含量不均勻，局部偏高。23

10.10226.14粘土

巖芯較整狀?；揖G色，局部褐黃色，偶含砂質，巖芯較致密、細膩光滑，粘性較大。巖芯24

粘土

26.62252.76較完整。25

粘土

褐黃色夾少量灰綠斑中下部可見大量石膏晶體巖芯較松散粘性不大。7.50

260.26灰綠色局部褐黃色見鈣質結核及燧石結核中上部可少量石膏晶體，

粘土砂質粘土粘土

局部偶含砂質。巖芯較完整，粘性較大。褐黃色，夾少量灰綠斑，含砂量較均勻，可見鈣質結核及錳質結核。巖芯致密完整，粘性較小。褐黃色，局部灰綠色，偶含砂質，粘性不大。局部巖芯破碎。

28.61288.8711.40300.2731.86332.13黃褐色夾少量灰綠斑含大量鈣質物及砂粒燧石結核礫石呈半膠結狀，鈣質29

上

礫石大小不一。巖芯硬度較大，俗稱次生碳酸巖。中下部巖芯破碎，采取率12.25344.38粘土新統(tǒng)N

細粒

偏低。底部鐵質侵染呈褐黃色。灰黃色、褐黃色，中厚層狀，成分以石英為主，夾少量白云母碎片，鈣質、30

新

泥質膠結，次圓狀，分選性較好，發(fā)育似平行層理及波狀層理。偶見垂直裂3.00347.38砂巖近系31N

泥巖砂質

隙，鐵質侵染。巖芯風化嚴重，硬度偏低。為：42%灰色、灰黃色，厚層狀，巖芯細膩光滑，含鋁土質成分，中下部可見細小菱鐵質鮞粒。偶見不規(guī)則裂隙，鈣質物及鐵質侵染。上部巖芯破碎值為4.0341%。淺灰色灰黃色厚層狀砂質含量不均勻局部夾粉砂巖條帶及泥巖條帶。

351.4132

4.72356.13泥巖粉砂

發(fā)育不規(guī)則裂隙，鈣質及鐵質侵染。RQD值：74%淺灰色，局部灰黃色，厚層狀，局部夾砂質泥巖條帶，具不規(guī)則裂隙，鈣質33

4.18360.31巖砂質

物充填，局部鐵質侵染。RQD值為：43%?；疑?、局部略顯暗紫色，厚層狀，含砂質不均勻，局部為泥巖條帶，偶含鋁34

土質成分，頂部可見菱鐵質鮞粒。含少量植物化石碎片。發(fā)育不規(guī)則裂隙，7.18367.49中新

泥巖粉砂

鈣質物及鈣質薄膜充填，局部鐵質侵染。頂部巖芯破碎。RQD值為：50%灰色，厚層狀、中厚層狀，含少量植物化石碎片。具不規(guī)則裂隙，鈣質物充35

1.06368.55統(tǒng)N

巖細粒

填。巖芯整狀。RQD值為：?；疑?，厚層狀、中厚層狀，成分以石英為主，菱鐵質巖屑呈定向排列，斷面36

2.64371.19砂巖

可見性點狀白云母碎片，頂部顆粒較細，往下漸粗。鈣質膠結，次圓狀，分砂質

選性中等，中下部具垂直裂隙，鈣質物及黃鐵礦粉晶充填。498#～∠9°。RQD值為：灰色厚層狀含砂不均勻局部夾粉砂巖薄層及泥巖條帶具不規(guī)則裂隙，37

2.96374.15泥巖細粒

裂隙面充填鈣質物。RQD值為：。淺灰色，厚層狀，成分以石英為主，巖屑次之，斷面可見黃鐵礦粉晶，38

鈣質膠結，次圓狀分選性較差，局部夾砂質泥巖條帶。顯示小型交錯層理。1.44375.59砂巖粉砂

具裂隙，隙面充填鈣質薄膜。RQD值為：灰色厚層狀顆粒不均勻間夾砂質泥巖薄層顯示交錯層理底部39

5.05380.64巖砂質

顆粒漸粗，具裂隙，隙面充填鈣質物。值為：灰色、淺灰色，中厚層狀、厚層狀，含砂不均勻，局部為泥巖薄層，底部含40

砂量漸增，中下部可見豐富的植物根部化石及植物化石碎片。發(fā)育不規(guī)則裂5.96386.60泥巖隙，鈣質物及鈣質薄膜充填。巖芯較完整。為：81%淺灰色、灰色，中厚層狀，成分以石英為主，少量鐵質巖屑定向排列，層面細粒41

可見豐富的植物莖部及葉部化石碎片，污手。鈣質膠結，次圓狀，分選性較1.95388.55砂巖好，發(fā)育緩波狀層理及脈狀層理。與下伏巖層明顯接觸。RQD值為：92%灰色，厚層狀，含豐富的植物化石碎片，底部含砂質，具不規(guī)則裂隙，鈣質42

泥巖

2.43390.9843

粉砂

薄膜充填，局部偶見黃鐵礦粉晶充填。值為：淺灰色、灰色，厚層狀，局部夾砂質泥巖薄層，底部含砂量漸增，全層可見2.62

393.60巖細粒

完整的植物葉部化石葉清晰可見下伏巖層過渡接觸RQD值為?；疑?、灰白色，中厚層狀、厚層狀，成分以石英為主，巖屑次之，鐵質顆粒呈定向排列，斷面可見星點狀白云母碎片，頂部夾深灰色粉砂巖條帶，呈互層狀。中下部可見不規(guī)則泥礫及砂質泥礫。底部層面可見碳質且污手。鈣質44

13.06406.6645

砂巖煤

膠結，次圓狀，分選性中-。具波狀層理、小型交錯層理及似平形狀層理。偶見裂隙，鈣質薄膜充填。巖芯堅硬，致密完整?！?RQD值為：93%?；液谏?，塊狀、碎塊狀，金屬光澤、玻璃光澤，半亮型、光亮型煤。上部以塊煤為主，中下部以粉末狀及碎屑煤為主，發(fā)育內生裂隙，性脆，參差狀斷口。底部煤質變差。含夾矸一層。煤層結構2.48=1.48（0.10泥巖0.90；2.48

409.14煤層采長：2.25=1.35（0.10泥巖）0.80測井煤層止深：409.20m厚度：2.45m?；疑?、灰黑色，厚層狀、中厚層狀，頂部可見植物根部化石，中下部含豐富的植物化石碎片及莖葉化石，葉脈清晰可見，巖芯含碳量較高，條痕呈深灰

二下疊統(tǒng)系山

泥巖煤粉砂

2.61411.75色，局部夾鏡煤條帶及炭質泥巖薄層。斷面可見黃鐵礦薄膜。巖芯較整狀。RQD值為：灰黑色，塊狀，弱玻璃光澤，半亮型煤，具內生裂隙，參差狀斷口。局部煤2.16413.91質較差。測井煤層止深：414.05;厚度：2.35m灰色，厚層狀，局部可見植物根部化石碎片及植物葉部、莖部化石碎片，偶1.44415.35西組Ps

巖細粒

見碳質面。巖芯整狀。RQD值為：?；疑\灰色，中厚層狀，成分以石英為主，長石巖屑次之，夾深灰色粉砂巖條帶，呈互層狀，層面可見少量碳質物及植物化石碎片，頂部可見少量粉49

砂質及泥質泥礫。鈣質膠結，次圓狀，分選性較好，發(fā)育緩波狀層理及似平6.20421.55砂巖形狀層理，頂部層理擾動劇烈，具不規(guī)則裂隙，鈣質薄膜充填，局部可見黃鐵礦粉晶，中下部巖芯破碎。RQD值為：灰色，中厚層狀，局部可見細砂質團塊及砂泥質條帶。斷面可見少量黃鐵礦粉砂50

薄膜，偶見棕色云母碎片。具少量細小裂隙，鈣質物充填，發(fā)育波狀層理及5.71427.26巖似平形狀層理。巖芯整狀。579#～∠8.5。RQD值為：深灰色，厚層狀，含大量植物化石碎片，見大量黃鐵礦粉晶及條帶，局部可砂質51

見鏡煤條帶。含碳成分較高，具裂隙，隙面充填鈣質物，含砂質不均勻，間1.30428.56泥巖粉砂

夾粉砂巖薄層。巖芯破碎。RQD值為：54%?；疑?，厚層狀，含少量植物化石碎片及黃鐵礦粉晶，局部夾砂質泥巖條帶，52

2.70431.26巖砂質

顯示交錯層理，具裂隙，隙面充填鈣質薄膜。為：72%。深灰色，厚層狀，含大量植物化石碎片，局部含碳量較高，條痕呈深灰色。53

局部夾粉砂巖薄層。偶見滑面，具裂隙，黃鐵礦粉晶及鈣質物充填。顯示似9.01440.27泥巖平形狀層理，斷口平坦。#598～∠9°。RQD為61%灰色，厚層狀，成分以石英為主，巖屑次之，間夾砂質泥巖薄層，顯示交錯細粒54

層理。次圓狀、分選性較差，鈣質膠結，具裂隙，隙面充填鈣質薄膜及黃鐵1.45441.72砂巖粉砂

礦粉晶，下部顆粒漸細。RQD值為：65%?；疑駥訝?，含少量白云母碎片，間夾泥巖條帶，局部鐵質含量較高，具55

6.65448.37巖砂質

裂隙，隙面充填鈣質物。顯示似平形狀層理～∠9°RQD為：57%。深灰色，厚層狀，含砂質不均勻，局部夾粉砂巖薄層，下部可見大量黃鐵礦56

8.22456.59泥巖

結核。參差狀斷口，具裂隙，隙面充填鈣質薄膜。為：?；疑罅縿游锘?，見少量黃鐵礦粉晶。預酸劇烈起泡，具裂隙，方解57

灰?guī)r

2.73459.32砂質

石脈充填，巖芯整狀。RQD值為：。深灰色，厚層狀，見大量黃鐵礦粉晶及結核，含砂量不均勻，頂部夾細砂巖58

1.37460.69泥巖

薄層，具裂隙，隙面充填鈣質物。641#～10°。RQD值為66%。上

灰色，厚層狀，成分以石英為主，長石、巖屑次之，見大量泥質包體及砂泥細粒59

統(tǒng)

巖條帶，斷面可見少量白云母碎片。分選中等，鈣質膠結，顯示波狀交錯層5.64466.33石

砂巖太

理。具裂隙，隙面充填碳屑及鈣質物。值為：炭原系

砂質

深灰色，厚層狀，含砂質不均勻，局部夾粉砂巖薄層，下部巖芯破碎。參差60

組

0.84467.17泥巖

狀斷口，具裂隙，隙面充填鈣質薄膜。值為：Ct2.2

井筒水地質特征2.2.1井田水文質條井田位于XX背斜西翼南段，北部與西部由FF正斷層組成隔水邊界；南F正斷201203216層沿北西向延伸，成為良好的隔水邊界；東界為露頭地段，灰?guī)r分布面積有限，上覆巨厚的新生界地層272.20～399.90m平均厚度341.79m，新生界底部普遍發(fā)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滲。本井田形成北、西、南三面封閉較好，上部受阻的獨特水文地質特征。煤系下伏地層為太原組，含灰9～13層，基底為奧陶系石灰?guī)r。按含水層巖性特征，地下水埋藏條件等，井田自上而下劃分為十個含水層組，分別為：第四系全新統(tǒng)松散孔隙潛水含水組I四系上更新統(tǒng)松散孔隙承壓水含水組（Ⅱ第四系中下更新統(tǒng)松散孔隙承壓水含水層（Ⅲ上新統(tǒng)松散孔隙承壓水含水層（Ⅳ-1石盒子組三22

煤層頂板砂巖裂隙承壓水含水層（Ⅴ西組二煤頂板砂巖裂隙承2壓水含水組（Ⅵ原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水組（Ⅶ原組下段灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水組（Ⅷ奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水組（Ⅸ）及燕山期巖漿巖裂隙接觸帶承壓水含水組（Ⅹ含水層類型主要為孔隙潛水承壓含水層裂隙承壓水含水層及巖溶裂隙承壓水含水層三種類型2.2.2井檢孔段主含水層征根據(jù)南風井井筒檢查鉆孔所獲資料，現(xiàn)將其水文地質特征自上而下分述如下：（1）新生界孔隙含水層組本區(qū)位于淮河沖積平原，緊鄰黃河沖積平原，沉積了厚層新生界松散沉積物，由于沉積物時代及成因不同地層結構復雜沉積重疊交錯南風井井筒檢查孔穿見厚度，其中第四系(Q)層厚131.87m新近系（N）厚度212.51m。該含水層組由粗、中、細粉砂和粘土、亞粘土、亞砂土組成，該組自上而下分為四個含水層：第四系全新統(tǒng)松散孔隙潛水含水層（I:含水層由粘土質砂及粉細砂層組成，埋深一般在20～26m，砂層較發(fā)育，單位涌水0.902.17l/s.m，滲透系數(shù)～11.99m/d，水位埋深及變化幅度受大氣降水控制，循環(huán)交替條件較好，礦化度0.3～0.6g/l，水質型為HCO～CaNaMg型，屬強含水層，是當前民用及農田灌溉主要水源。3第四系上更新統(tǒng)松散孔隙承壓水含水層組（Ⅱ含水層以細、中砂為主，其間有粘土或亞粘土沉積，總厚51m右，其中砂層平均厚度29.88m，單位涌水量，滲透系數(shù)2.71m/d，水位標高，礦化度0.573g/l，水質類型為HCONa型，屬中等含水3層，是場礦單位的主要供水目的層。第四系中下更新統(tǒng)松散孔隙承壓水含水層組（Ⅲ含水層由粉細砂、粘土質砂組成，粘土層較發(fā)育，總厚度58m右，砂層平均厚度18.64m，砂層單層厚度小，穩(wěn)定性。單位涌水量0.283l/s.m，滲透系數(shù)，水位標高，礦化度1.202g/l，水質類型為HCOSOCl～Na型，屬中等含水層。34新近系上新統(tǒng)松散孔隙承壓水含水層組（Ⅳ-1水層主要由細砂、中砂及粉砂組成，粘土層發(fā)育較差?？偤穸茸笥?。砂層平均厚度，砂層單層厚度較大，分布穩(wěn)定。單位涌水量0.378l/s.m，滲透系數(shù)，水位標高，礦化度0.942g/l，水質類型為HCOSO～Na型，屬中等含水層。為一良好的供水目的層。34由于本次井檢孔未對新生界地層進行抽水試驗，上述內容借鑒于以往地質勘探報告。(2）山西組二煤層頂板砂巖裂隙承壓水含水組（Ⅵ）2井檢孔揭露基巖頂界面與二

2

煤層頂板厚度為62.28m，藏深度分別為344.38406.66m標高為-313.348～-375.628m頂部基巖強風化帶厚度為15.93m(偽厚)，上部強風化帶裂隙發(fā)育，巖芯破碎；下部弱風化帶隨深度增加，裂隙發(fā)育程度逐漸減弱，裂隙多被上部松散物所充填。鉆進過程中簡易水文觀測未發(fā)現(xiàn)有明顯消耗?；鶐r頂界面距二煤層頂2板厚度僅為62.28m故本次對基巖風氧化帶含水層和二煤層頂板砂巖裂隙承壓水含水層組2采用了混合抽水試驗，其抽水試驗結果：單位涌水量0.00576l/s.m，滲透系數(shù)0.02895m／d位標-31.818m化度287.67mg/l值7.94為SOCl～34Na型，反映了該含水層滲透性差、富水性弱的特點。井筒涌水量預計為8.42m/h。2.3

地層原溫度依據(jù)設計要求，本孔進行了近似穩(wěn)態(tài)測溫。鉆孔落底井溫為29.2℃，煤層附近巖溫約為28.00℃。根據(jù)測溫成果計算，XX煤礦南風井井檢孔地溫梯度約為2.87℃/100m，無地溫異常近似穩(wěn)態(tài)測溫成果詳見表2-1測溫果表

表2-1點

孔深（）溫℃）點

孔深（）

溫度（℃）

點

孔深（）

溫度（℃）

020406080

19.121.321.321.721.7

200220240260280

23.297124.8

400420440460465

759229.2

100120140160180

22.022.57123.1

300320340360380

6226.57233.1

凍結制方案設計凍結深設計設計依(1)《煤礦井巷工程施工規(guī)范》5.2.2條的規(guī)定：立井井筒的凍結深度，應根據(jù)底層埋藏條件及井筒掘砌深度確定，并應深入穩(wěn)定的不透水基巖10m以上?；鶐r段涌水量較大時，應延長凍結深度?！睹旱V井巷工程施工規(guī)范》第5.2.26條的規(guī)定：凍結段井筒的掘砌深度應淺于主凍結孔設計深度據(jù)規(guī)定沖積層厚度在～400m應比井筒凍結深度淺9～11m。凍結段井壁生根壁座或筒形壁座深度設在穩(wěn)定性和封水性較好的巖層中?！禭X煤礦南風井工程初步設計《南風井井筒檢查孔成果報告永夏礦區(qū)臨近礦井凍結成果資料。（7）XX南風井凍結實驗報告根據(jù)筒形壁座底板最小深度及最小凍結深度分析以及二期工程施工需要，確定進風井凍結深度為441.5m、回風井凍結深度為。3.2

凍結壁和安全掘進高設計

.2.1

計算公選擇深厚沖積層的凍結壁厚度和安全掘進段高計算：方法之一是以中國為代表，采用多姆克公式計算砂性土層的凍結壁厚度和按維亞洛夫-扎列茨基公式計算粘性土層的安全掘進段高；方法之二是以波蘭為代表，采用利伯爾曼公式計算凍結壁厚度和掘進段高；方法之三是采用變形公式計算凍結壁的穩(wěn)定性；方法之四是采用美國ANSYS通用軟件等分析凍結壁溫度場和應力場。根據(jù)多年從事凍結鑿井的實踐探索：認為方法一較為適用，并已初步建立起砂性土控制層位采用多姆克公式計算凍結壁厚度和粘性土控制層位采用維亞洛夫-扎列茨基公式計算安全掘進段高的凍結壁設計計算體系，并成功地用于程村主、副井430m積層、濟西主井積層、泉店主副風井440～455m沖積層、趙固一礦和趙固二礦528m沖積層的凍結壁厚度和安全掘進段高計算，均取得良好的效果；方法二比方法一的凍結壁計算厚度稍小，可供參考；方法三涉及的參數(shù)較為復雜，因試驗數(shù)據(jù)有限和經驗不足而未得到普遍應用；方法四的關鍵是由于參數(shù)值選取不同，計算結果往往差異較大，一般用于驗算凍結壁的穩(wěn)定性。下面著重介紹多姆克公式、維亞洛夫扎列茨基公式和利伯爾曼公式。多姆克凍壁厚度式多姆克于1915年，把砂性層凍結壁看作無限長的彈塑性厚壁筒，按第三強度理論推導得出的凍結壁厚度計算公式。ER式中E——按強度條件計算的凍結壁厚度，；R——井筒掘進半徑；P——計算水平的地壓,MPa；K——砂性土層的凍土計算強度，。利別爾曼結壁厚公式

(3.1)利別爾曼于1961年把凍結壁看作有限長的剛-塑性厚壁筒按第三強度理論（極限平衡理論）的極限值原理推導出來的在一定段高內的凍結壁厚度與安全掘進段高計算公式。rH0P

m

k

(3.2)式中E——凍結壁厚度，m；h——未支護段高度或安全掘進段高，；r0——覆蓋層的平均容重，取1.3t/m3HP——計算層位的埋藏深度，m；RCT——凍土平均瞬時抗壓強度，MPamk——安全系數(shù)。維亞洛夫-扎茨基安掘進段高公維亞洛夫-扎列茨基于1962年粘性土層凍結壁看作有限長的彈塑性厚壁筒，按第四強度理論推導出來的凍結壁安全掘進段高計算公式。h

EηP

(3.3)式中h——按變形條件計算的安全掘進段高，；E——按強度條件計算的凍結壁厚度，；P——計算水平的地壓,MPa；σ——粘性土層的凍結持久抗壓強度或計算強度，；22η——工作面凍結狀態(tài)系數(shù)，掘進工作面為非凍結狀態(tài)時取，掘進工作面3凍實時取，即η=0.865～1.73。為了便于計算，工作面凍土擴展范圍0、1/4、2/4、3/4、4/4時，η值可相應地取1.732、、1.299、1.082、。通過以上分析，考慮到風井的沖積層厚度，粘性土層的累積厚度占沖積層厚度的77%，擬在應用上述方法——凍結壁強度和穩(wěn)定性設計計算體系的基礎上，結合國內近幾年厚沖積層的凍結鑿井經驗，在設計參數(shù)選取上進行合理的調整和完善，以達到安全可靠和經濟合理的目的。3.3

基本參優(yōu)化凍結控制位和地(1)凍結控制層位根據(jù)風井沖積層的埋藏條件和土層組成特點分析，凍結壁設計控制見下表風井凍結設計控制層位

表3—1土層

粘性土控制

名稱層厚/m

粘土28.61

鈣質粘土12.25層位埋深/m260.26～288.87332.13～344.38凍結孔允偏值與孔間距《煤礦巷工程施工規(guī)范》第5.2.4條規(guī)定凍結孔的偏斜率：位于沖積層的鉆孔不宜大于0.3%但相鄰兩個鉆孔終孔的間距不得大于位于風化帶及含水基巖的鉆孔，不易大0.5%，但相鄰兩個鉆孔終孔的間距不得大5m。當相鄰兩個鉆孔的偏斜值超過上述規(guī)定時，應補孔。應當指出著鉆孔設備和工藝的不斷完善積層厚度較大時第條對沖積層凍結孔偏斜率≤0.3%和基巖中兩相鄰凍結孔終孔間距≤5m的規(guī)定要求偏低。根據(jù)最近幾年深厚沖積層凍結孔垂直度狀況分析，認為在采用鉆、測、糾相結合的鉆進工藝和靶域鉆進措施的條件下，風井沖積層主凍結孔偏斜要求為表土段鉆孔偏斜率≤2‰，基巖段鉆孔偏斜率3‰向內最大偏值為0.4m,但防片孔不許向井心方向偏斜大于；最大孔間距表土段：主圈孔1.8m，基巖段≤，長腿孔間距≤3.5m.輔助孔、防片孔按偏斜要求。

凍結鹽溫度根據(jù)風井檢查孔柱狀圖分析，結合國內應用螺桿式冷凍機制冷和往復式冷凍機串聯(lián)雙級壓縮制冷的實踐經驗分析，風井的凍結設計鹽水最低溫度達32℃。EEEE凍結壁平溫度(1)計算公式凍結壁平均溫度是確定凍土強度和凍結壁強度、穩(wěn)定性的基本依據(jù)。它主要取決于凍結壁厚度、凍結鹽水溫度、凍結孔間距、井幫溫度以及凍結孔布置方式等因素，要精確計算是相當困難的。從工程實際出發(fā)，一般取最大地壓水平或凍結設計控制層位的凍結孔最大間距處的主、界面平均溫度的平均值作為凍結壁設計計算的依據(jù)。我國對凍結壁平均溫度的認識和計算方法可概括為以下幾個階段：凍結法鑿井的引進階段至探索改進階段初期，采用前蘇聯(lián)H·魯巴克按單個凍結器傳熱條件推導出來的公式計算凍結壁平均溫度，該公式未考慮鄰近凍結器的相互影響和井筒的實際凍結狀況或井幫溫度對凍結壁平均溫度的影響，計算出來的凍結壁平均溫度偏高，特別是深井凍結時誤差偏大。凍結法鑿井的探索改進階段中期，開始采用國外模擬試驗和有限差分法得出的凍結壁平均溫度計算公式（如依姆·斯捷潘諾娃公式步過渡為采用國內凍結壁溫度場物理模型試驗和工程實測數(shù)據(jù)。凍結法鑿井的探索改革階段后期用成冰等根據(jù)凍結壁溫度場物理模型試驗、工程實測、有限元分析得出的單圈孔凍結壁平均溫度計算公式。凍結法鑿井完善提高階段，采用成冰提出的單圈孔和主凍結孔內側增設輔助孔（含防片幫孔）凍結的凍結壁平均溫度計算公式。①單圈孔凍結時凍結壁有效厚度的平均溫度等于按凍結壁0℃邊界計算的平均溫度值與井幫溫度對凍結壁的有效厚度的平均溫度影響值之和。tt

0c

e

(3.4)t

0c

1L0.352L0.785

(3.4.1)te式中tc——按凍結壁有效厚度計算的平均溫度，℃；

(3.4.2)t0c——按凍結壁0℃邊界計算的單圈孔凍結壁平均溫度，℃；te——井幫凍土溫度對單圈孔凍結壁有效厚度的平均溫度影響值，℃；tb——凍結鹽水溫度，℃；L——凍結孔間距，m；cfcfE——單圈孔凍結壁有效厚度，m；tn——計算水平的井幫凍土溫℃要與土層性質凍結孔布置方式、凍結管直徑、凍結鹽水溫度、以及凍結時間等因素有關，而凍結時間主要與凍結段掘砌速度有關根據(jù)這幾年凍段快速施工的經驗分析認為風井凍結控制層（深344.38m的粘土層）的井幫溫度取-6～-8℃較為適宜。Δ——井幫凍土溫度每升高或降低1對凍結壁有效厚度的平均溫度影響系數(shù)=0.25～0.3，根據(jù)實踐經驗可近似地按Δ選取。當井幫土壤為正溫時，取0。②主凍結孔內側增設輔助孔（含防片幫孔）凍結時在成冰提出的單圈孔凍結壁平均溫度計算公式的基礎上，增加主凍結孔與輔助凍結孔之間部位對平均溫度的影響值，或采用加權平均法計算。t

ttc

fn

(3.5)或

tt2sE12

(3.6)式中tcf——主凍結孔內側增設輔助凍結孔的凍結壁有效厚度平均溫度，℃；tc——單圈孔凍結壁有效厚度的平均溫度，符號同公式2.1)，℃；tfn——主凍結孔與內側輔助孔之間部位對凍結壁有效厚度平均溫度的影響值，℃；S——輔助孔圈與主孔圈之間的距離，；E1——主凍結孔圈外側的凍結壁有效厚度，；E2——輔助孔圈內側的凍結壁有效厚度，。ts——輔助孔圈與主凍結孔圈之間部位的凍結壁平均溫度，℃。③主凍結孔內、外側均增設輔助孔凍結時在成冰提出的單圈孔凍結壁平均溫度計算公式的基礎上，增加主凍結孔與內側及外側輔助孔之間部位對平均溫度的影響值。t

tt

fn

t

fy

(3.7)式中tcny——主凍結孔內、外側均增設輔助凍結孔的凍結壁有效厚度平均溫度，℃；tc——外孔圈外側與內孔圈內側凍結壁有效厚度的平均溫度，℃；tfy——主凍結孔圈與外側輔助孔圈之間部位對凍結壁有效厚度平均溫度的影響值，℃，計算方法同tfn；tfn——主凍結孔圈與內側輔助孔圈之間部位對凍結壁有效厚度平均溫度cc的影響值，℃,符號與計算方法同公式（3.5(2)平均溫度計算結果把凍結鹽水溫度-32℃積層中凍結孔允許成孔間距1.8m）和控制層位的井幫凍土溫度（-6～-8）代入公式（3.1）求得風井凍結壁平均溫度值為-12℃～-15.2℃（主凍結孔內側增設輔助凍結孔時凍土計算度凍土計算強度（K）可直接按持久強度σs）選取或按極限抗壓強度σc）除K以安全系數(shù)m0）求得。在缺少凍土持久強度試驗資料的情況下，按選取計算強度較為符合實際。

σc0

的方法國內在凍結壁厚度設計中，1989年以前一直采用×50×50mm立方體凍土試件按快速加載（30±5s）的無側限瞬時抗壓強度數(shù)據(jù)，它與煤炭科學研究總院北京建井研究所試驗得出的粘性土Ф61.8×凍土試件按恒應變速率軸向加載的無側限瞬時抗壓強度數(shù)據(jù)之間存在著一定的系數(shù)關系。經分析認為：在

Ф61.8150mm凍土試件強度未正式明確如何直接用于凍結壁設計之前，把按Ф×150mm凍土試件強度試驗數(shù)據(jù)乘1.8數(shù)作為凍結壁厚度設計的凍土無側限瞬時抗壓強度較為合理。根據(jù)近十幾年國內凍結法鑿井的實踐經驗：在凍結方案設計中，砂性土層的凍土計算強度按國內已施工深凍結井的凍土計算強度與凍結壁平均溫度的關系綜合曲線（見圖1）選取。圖1國已建凍結井砂性土強K）與凍結壁平均溫度t）的關系1—潘二南風井；2—冷泉主、副；—謝橋主井；4陳四樓主井；5—陳四樓副井；6—潘三東風井；—城郊主、副井8—南主、副井；—村主、副井10—泉店主、副、風井表3－2凍土力學試驗內容編

深度

樣品

單軸抗壓強度

單軸蠕變

三軸剪切

凍脹率號

m）

名稱

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

第一組第二組第三組

189230330

粘土*********粘土*********亞粘土**********表示要做表33土工試驗試樣規(guī)格序號

試驗項目凍土單軸抗壓強度試驗凍土單軸蠕變強度試驗凍土三軸剪切強度試驗土壤的凍脹試驗土壤的導熱系數(shù)試驗土壤的比熱試驗土壤的結冰溫度

試樣規(guī)格Φ61.8mm150mmΦ61.8mm150mmΦ61.8mm150mmΦ100mm×50mm200mm×100mm×Φ90mm×60mmΦ20mm×50mm

試樣數(shù)量/個27181881266

備注試樣尺寸誤差保持在±0.2%以內合計

95表34土單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比試驗結果編號

溫度

單軸強度/MPa分值平均值

彈性模量/MPa分值平均值

分值

泊松比平均值

℃

7981

93.68

0.3第一組

℃

2.8

9763

354.9

℃

1.4

86.42

℃

1.4

97.22

4315

88.75

第二組

℃

216

2703

0.3℃

0.3

℃

4169

225

第三組

℃

2.7

6466

300

0.3℃

3.4

凍結工設計凍結工藝涉及的內容很廣，國內采用過的凍結工藝有一次凍全深、局部凍結、分段凍結或分期凍結、差異（長短腿）凍結、異徑凍結、單圈孔凍結、多圈孔凍結（包括主孔內側增設輔助孔或防片幫孔凍結、主孔內、外側均增設輔助孔凍結反循環(huán)凍結、小流量凍結或大流量凍結等。為了便于說明，在凍結工藝設計中著重討論凍結器鹽水流量、凍結孔布置、凍結管規(guī)格三個問題。(1)凍結孔布置方式①凍結孔布置的類型及適用條件隨著沖積層厚度或凍結壁設計厚度的增大而加劇了井筒凍結與掘砌的矛盾。為了協(xié)調二者的關系，凍結孔布置方式逐漸由單圈凍結孔發(fā)展為主凍結孔內側增設防片幫凍結孔或輔助凍結孔以及主凍結孔內側均增設輔助凍結孔等四種布置方式。根據(jù)摸索，每種布置方式的適用條件如下：——當凍結壁設計厚度<5.0m或凍結孔距井幫3.3m時宜采用單圈凍結孔的布孔方式；——當凍結壁設計厚度=5.0～7.0m或凍結孔距井幫3.3m時，適宜采用在主凍結孔內側增設輔助孔及防片幫凍結孔的布孔方式；——當凍結壁設計厚度=7.0～10.0m宜采用在主凍結孔內側增設輔助凍結孔與防片幫凍結孔的布孔方式；——當凍結壁設計厚>10.0m適宜采用在主凍結孔內、外側均增設輔助凍結孔的布孔方式。無論采用上述何種凍結孔布置方式，主凍結孔深度應穿過沖積層和基巖風化帶進入不透水穩(wěn)定基巖10m以上，防片幫凍結孔深度取沖積層厚度的～3/4為宜，這樣既可節(jié)約凍結需冷量，又可防止因深部防片幫孔距井幫太近而發(fā)生斷管。②凍結孔布置圈直徑計算方法不同類型的凍結孔布置圈直徑計算方法列于表－5中。表3－5布置圈直徑計算方法凍結孔圈

布孔方式

計算公式

符號單圈孔

1.1Ezn

(3.1.1)

ΦΦ——分別為單圈孔、孔內外側均增設輔主凍結孔

主孔內側增設輔助孔圈與防片幫孔圈

z

D)y

(3.1.2)

ΦnfyfΦ

——分別為主孔內、——分別為主凍結孔內同時增設輔助孔與主孔內外側均增設輔助孔圈

-E)znyyf

(3.1.3)

D

徑，m——分別為沖積層厚度直徑，m輔助

主孔內側增設輔助孔圈與防片幫孔圈

nfz

nf

(3.2.1)

E

y

——分別為凍結壁設計厚村主、副井凍結壁凍結孔

主孔內外側均增設輔助孔圈

nfznf2Syfzyf

()()

θ——凍結孔允許偏斜率，取——分別為沖劑層厚度、S、S——分別為主凍結孔圈nfyf防片

主孔內側只增設防片幫孔圈

Φpp

(3.3.1)

LS

pf

——單圈孔布置時主凍結孔至——主凍結孔內側輔助孔圈與幫凍結孔

主孔內側同時增設輔助孔圈與防片幫孔圈

nf

pf

(3.3.2)(2)凍結管規(guī)格《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》第5.2.8條提出凍結管的直徑、壁厚按表見表3－6）選取反映出凍結管的直徑、壁厚與凍結深度成正比。從國內、外凍結法鑿井的實踐經驗分析，凍結管的直徑和壁厚分別按凍結工藝需要和沖積層厚度進行設計。表3－6凍結管的直徑、壁厚選取范圍沖積層及風化帶中基巖中

凍結底層深度/m≤200200～400～＞600≤300＞300

凍結管壁厚mm≥5.0≥6.0≥7.0≥8.0≥5.0≥6.0(3)凍結器鹽水流量凍結器的單位熱流量主要與鹽水溫度和凍結器的環(huán)形空間內鹽水運動狀態(tài)有關。根據(jù)水力學原理，鹽水運動狀態(tài)取決于雷諾數(shù)：當Re<2300，鹽水運動呈層流狀態(tài)，凍結管單位熱流量??；當e=2300～25000時，鹽水運動呈層流向紊流過渡狀態(tài)，凍結管的單位熱流量約為層流1.15～1.3倍；Re>25000時，鹽水運動完全處于紊流狀態(tài)，凍結管的單位熱流量將進一步提高。但從工程應用分析：只要把每個凍結器的鹽水循環(huán)量加大至10～13m

3

/h以上時，就可以使凍結器環(huán)形空間內的鹽水運動呈層流向紊流過渡狀態(tài)，這是容易實現(xiàn)的，也是經濟的；要把每個凍結器的鹽水循環(huán)量加大至使環(huán)形空間內成紊流運動狀態(tài)，是不易實現(xiàn)的，也是不經濟的?？紤]到風井的沖積層埋藏深、粘性土層的厚度比例大、凍結壁厚度大等特點，設計優(yōu)選每個凍結器的鹽水流量（或循環(huán)量）≥13m

3

/h，以達到加快凍土擴展速度和井筒早日開挖的目的。在深入分析國內已建>400m沖積層凍結井和正在施>500m沖積層凍結井的凍結工藝基礎上決定選用主凍結孔內側增設輔助孔防片幫孔的布孔方式與差異、大鹽水流量相結合的凍結工藝。該優(yōu)化方案的主要優(yōu)點是凍結孔工程量小、凍結總需冷量小、深部的凍結管傳熱面積大和外側凍結壁厚度大、內側凍土擴至井幫的時間短、凍土挖掘量小，有利于安全快速施工、縮短工期和降低工程造價。3.5

制冷工設計凍結需冷與裝機力(1)計算公式①凍結需冷量公式Qztc

(3.8)NzzNffffKpp

f

(3.8.1)(3.8.2)(3.8.3)②標準凍結需冷量公式b③裝機能力公式

(3.9)m

b

(3.10)式中——凍結總需冷量，kcal/h；、Q、Qzfkcal/h；

——分別為主凍結管、輔助凍結管、防片幫凍結管的總散熱能力，zf

——分別為主凍結管、輔助凍結管、防片幫凍結管的外直徑，m；、Hzf

——分別為主凍結管、輔助凍結管、防片幫凍結管的平均深度，m；N、N、NfKKKzfkcal/m2·h

p

——分別為主凍結管、輔助凍結管、防片幫凍結管的數(shù)量，個；——分別為主凍結管、輔助凍結管、防片幫凍結管的單位熱流量，mc——低溫管路及設備的冷量損失系數(shù)；

——凍結標準總需冷量，kcal/h；A——冷凍機實際工況制冷量與標準制冷量之間的換算系數(shù)；mb——冷凍站裝機備用系數(shù)。(2)計算基本參數(shù)優(yōu)化①凍結管單位熱流量凍結器的單位熱流量K與鹽水溫度及其在凍結器環(huán)形空間內的運動狀態(tài)、凍結時間等因素有關凍結初期鹽水降溫速率為～1.0℃/d條件下峰值期為40～60d如陳四樓副井的試驗實測表明當凍結器的鹽水平均循環(huán)量為8.4m3/h（凍結管140mm）時鹽水在凍結器環(huán)形間內運動為層流狀態(tài)（見2凍30d60d150d、250d的K值分別為153kcal/m2·h、193.3kcal/m2·h、120.9kcal/m2h、109.4kcal/m2·h；潘二南風井進雙供液管凍結試驗結果表明，當凍結器的鹽水循環(huán)量增大至15m3/h（凍結管為Ф159mm）后，鹽水在凍圖2的關系

凍結管器環(huán)形空間內鹽水呈層流運動狀態(tài)時單位熱流凍結時T）結器環(huán)形空間內運動由層流狀（雷諾數(shù)為變成由層流向紊流過渡狀（雷諾數(shù)達增大1.2倍以上器的單位熱流量的峰kcal/m2增大至250.8·h?？紤]到風井的鹽水循環(huán)量取13～15m3/h，故凍結器的單位熱流量（K）可取250kcal/m2·h。②冷量損失系數(shù)冷量損失系數(shù)（mc）主要與地面低溫管路（如冷凍站內的鹽水管路、冷凍站至井口的鹽水干管、冷凍溝槽內集配液圈等）的長短和低溫容器（如蒸發(fā)器的鹽水箱等）外表面積及其保溫質量、凍結需冷量大小、大氣溫度等因素有關、一般1.10～1.25。近年來，低溫管路和設備的保溫材料性能與保溫質量有所提高，取1.15是可行的。③制冷量換算系數(shù)冷凍機實際制冷量與標準制冷量之間的換算系數(shù)（）主要與制冷設備的類型、新舊程度及氨的蒸發(fā)溫度或鹽水溫度有關。從3可以看出，采用往復式氨壓縮機串聯(lián)雙級壓縮制冷時，A值隨著鹽水溫度或氨蒸發(fā)溫度的下降而遞減。另從陳四樓副井試驗實測凍結管單位熱流量（Kt）曲線（見2）可以看出Kt值隨著凍結時間的延長或凍土擴展范圍的增大而減小。綜合3的特點，設計鹽水溫度采取早期快速降溫和中、后期分階段降至最低溫度的措施，而在凍結器單位熱流量Kt）達峰值期之前（開50d以內鹽水降至-28℃結～120d期間鹽水溫度由-28℃降至-30℃結120～180d鹽水溫度由-30℃降至-32℃按鹽水溫度=-32℃或氨蒸發(fā)溫度=-37℃工況條件下選取冷凍機的制冷量換算系數(shù)A其優(yōu)點是在早期加快凍土擴展速度的前提下達到縮短凍結壁交圈的時間和早日開挖的目的又在后期不增加冷凍設備的前提下進一步降低鹽水溫度強化深粘土層凍結以達到安全快速施工的目的。④冷凍站裝機備用系數(shù)冷凍站裝機備用系數(shù)（mb）主要根據(jù)凍結標準需冷量確定，一般mb可參考表3－6中的系數(shù)值選取筒的凍結標準需冷量不超過×10

kcal/hmb取1.08就可以了，但考慮到風井積極凍結期為炎熱季節(jié)，故建議取1.10。圖3冷機制冷量換算系數(shù)（A與鹽水溫度t氨蒸發(fā)溫度（t）關系表3－6

不同凍結需冷量的裝機備用系數(shù)參考值凍結標準需冷量/kcal·h-1裝機備用系數(shù)（m

<150×101.15

(150×101.15～1.12

(300×10(600×101.1～1.101.08

>1000×10<1.08

3.5.2

冷卻水需用量與補量(1)計算公式①冷卻水需用量WQ/1000

(3.11)②冷卻水補給量WW

(3.12)WμWWWz2WWz33式中Wc——冷凝器的冷卻水總需用量，m/h；

0

(3.12.1)(3.12.2)(3.12.3)Qc—冷凝器的總熱負荷，考慮凍結初期鹽水溫度較高時冷凍機的實際制冷量較大，可近似地按凍結需冷量（Q）的1.3倍計算，；Δt——冷凝器進水溫度與回水溫度的差值3～4℃，一般取3.5；QJ——裝機標準總制冷能力，kcal/h；Xc——冷凍機標準單位制冷量的冷卻水需用量，取

3

/104kcal；μ123—分別為直接補給法、玻璃鋼冷卻塔降溫法、高效蒸發(fā)式冷凝器法的冷卻水補給系數(shù)；t0、t1、t2——分別為新鮮冷卻水、冷凝器進水、冷凝器回水的溫度，℃。(2)基本參數(shù)優(yōu)選新鮮冷卻水補給系數(shù)新鮮冷卻水補給系數(shù)受冷凝器結構類型和冷卻水補給方式的影響很大：當采用立式冷凝器和冷卻水直接補給法時，新鮮冷卻水的補給系數(shù)為；當采用立式冷凝器和玻璃鋼冷卻塔降低循環(huán)冷卻水溫度時，新鮮冷卻水的補給系數(shù)為0.25；當采用高效蒸發(fā)式冷凝器時，新鮮冷卻水補給系數(shù)為。綜上所述，考慮到風井的冷卻需水量大，選用高效蒸發(fā)式冷凝器，把新鮮冷卻水的補給量降至最低限度。(3)設計優(yōu)化結果采用高效蒸發(fā)式冷凝器措施后，把凍結站冷卻水總需用量和新鮮冷卻水補給量分別降至80m

3

/h和40m

3

/h，尤其是大幅度新鮮冷卻水的補給量具有重要的意義。3.6凍結制冷設計要技術標根據(jù)以上對凍結地層特點和凍結深度、凍結壁的厚度和安全掘進段高、凍結工藝、制冷量和冷卻水量等設計優(yōu)化結果：進風井凍結深度為441.5mm回風井凍結深度419.5m，凍結壁厚度為，不同深度粘土層的安全掘進段高為～3m，在主凍結孔內側增設輔助孔與防片幫孔的布孔方式，正反循環(huán)-32℃低溫鹽水和分階段降至設計溫度、加大鹽水循環(huán)量相結合的凍結工藝。兩風風井各布1個水位觀測孔和個凍結壁溫度觀測孔，試挖前的凍結時間為75d冷凍機運行總工期為進風井247d回風井243d，正式掘砌的最高速度為130m/月，平均掘砌速度≥月，成井速度≥80m/月。凍結制冷設計參數(shù)見表3-7孔平面布置圖XX煤礦進風井凍結孔布置示意圖3.7管材接方式和壓試漏主圈孔、輔助孔、防片孔200m以下均采用φ159×無縫鋼管,內接箍連接方式，管箍長度為120mm；200m以采用φ159×5mm無縫鋼管,內接箍連接方式管箍長度為120mm；測溫管選用φ89×5mm無縫鋼管，外接箍連接方式，接箍長度為水文管采用φ108×5mm無縫鋼管，外接箍連接方式，接箍長度為。試驗壓力：主圈孔：4.0MPa，輔助孔：3.5MPa防片孔：2.5MPa。3.8

測溫孔水文孔設計（1）測溫孔采用Φ，普通鋼管，外管箍焊接，管底焊接密封，管內不需灌水和試壓，但不得滲水，布置位置在地下水流上方，同時兼顧整個井筒溫度場檢測，具體位置根據(jù)偏斜圖確定。（2）水文孔采用Φ108×5mm20#鋼管作水文管，割花眼，外管箍連接。為了準確報導凍結壁交圈情況，根據(jù)井檢孔資料，沖積層含、隔水層組的劃分，設計水文孔1個，套管結構，分上下兩層報導。采用108×5mm鋼管，外接箍連接方式。封止水材料為海帶粘土。封止水材料下置后要進行效果檢查，不合格應重新下置，直至合格為止?；ü懿贾梦恢茫?5m～71m，133m～143m，～178m，在90米處用隔板隔開。44.1

冷凍站計冷凍站計（1）制冷設計參數(shù)制冷劑：R717（氨冷凍油：N46；載冷劑：氯化鈣溶液，鹽水比重1.27m3/t。鹽水去路溫度-25℃～-32℃，制冷劑蒸發(fā)溫-37℃，冷卻水進水溫度+30℃，制冷劑冷凝溫度+40℃經中冷器冷卻后高壓液氨溫度比中冷器內液氨溫度高℃積極凍結期鹽水溫度-25～-32℃，維護凍結期鹽水溫度25℃。制冷系統(tǒng)采用螺桿式制冷壓縮機串聯(lián)雙級壓縮制冷工藝。（2）冷凍設備選型由計算得出水溫度為-28℃時井筒凍結需冷量為風井314.9×10

4

kcal/h,回風井309.4×104kcal/h，兩井冷凍站裝機標準制冷量總計為×104kcal/h。選用串聯(lián)雙級壓縮制冷工藝，低壓機選用14臺型號，高壓機選用14KA20CBY型號和一臺8AS-12.5號活塞式氨壓縮機（系統(tǒng)打壓及抽真空時用壓縮比為：1:2.65，完全滿足要求。（3）氨系統(tǒng)輔助設備選型①、蒸發(fā)式冷凝器：系統(tǒng)總的排熱量=（722.5+168.9+205.9）×14=15362KW,冷凝溫度:40℃，濕球溫度28.0℃時,煙臺冰輪股份有限公司生產的蒸發(fā)式冷凝器的排熱系數(shù)為則修正后的排熱量為：選用14臺蒸發(fā)式冷凝器ZNX-1500熱量為1500×14=21000KW足要求為實際配套的蒸發(fā)冷排熱量較大,在運行中可以降低冷凝溫度,系統(tǒng)運行節(jié)能經濟此型號的蒸發(fā)冷運輸與再次拆卸、安裝很方便。貯氨器：選用煙臺冰輪股份有限公司生產ZA-5.0貯氨器共4臺,每臺的容積為5m3,共計20m3,滿足要求。立式螺旋管蒸發(fā)器：選用煙臺冰輪股份有限公司臥式蒸發(fā)LZA-160共28臺，總的蒸發(fā)面積為：160×28=4480㎡，滿足要求。中間冷卻器：選用ZZQ-1000的共12,滿足需求.空氣分離器：空氣分離器選用煙臺冰輪股份有限公司生產的兩臺，冷卻面積為1.7m2.集油器：集油器選用煙臺冰輪股份有限公司生產的JYA-500R一,容積為4m2.⑦、虹吸罐：虹吸罐選用煙臺冰輪股份有限公司生產的兩臺容積3.0m

3

.（4）首次運轉需要的氨量貯氨器：5m3×4臺×30%=6.0m3立式螺旋管蒸發(fā)器:160m2/0.119m2/m×0.8L/m×28臺×50%=15m中間冷卻器:2.8m3×12臺×30%=10m3

3虹吸罐:3.0m3×2×50%=3m

3則系統(tǒng)運轉需要的氨量:1.2×(6.0+15+10+3)650kg/m

3

=27噸（