巴彦高勒矿井冻结施工设计

来源:期刊VIP网所属分类:综合论文发布时间:2012-07-02浏览:

  巴彦高勒井田位于呼吉尔特勘查区的南部,向西南距乌审旗政府所在地达布察克镇约12km,行政区划属鄂尔多斯市乌审旗呼吉尔特乡和图克镇管辖。巴彦高勒矿井的设计生产能力为4.00--10.00Mt/a。工程地质特点为主立井表土厚109.17m;岩层均为软岩,强度低,不稳定~弱稳定;岩层在无水条件下自稳性较好、强度较高,但遇水易软化甚至溶解、强度亦会大幅度降低;水文地质特点为含水层的富水性弱。由于没有较好的隔水层,所以与上、下部含水层均有一定的水力联系。

  一、设计原则、思路与冻结深度

  设计原则要求方案安全可靠、工期科学合理,能确保本工程达到煤矿井巷工程优良质量标准。针对本工程的特殊性,做到技术可靠,经济合理,可控性好、可操作性强、关键点清晰、预防及应急措施齐全可靠。

  冻结壁厚度及强度的大小,直接影响井筒掘砌的安全,同时也是其他冻结参数设计的基础。结合本工程的特点,冻结壁的设计采用解析计算与工程施工类比相结合的方法综合确定。冻结孔布置设计 以满足冻结壁设计的温度场要求和力学模型要求为原则,并结合工期、工艺要求及该地区立井(尤其是姆杜柴登矿井)冻结施工经验和教训布置冻结孔。

  冻结深度设计井筒全深冻结,冻深596m。

  二、冻结壁设计

  1、冻结壁厚度设计

  主立井井筒设计净直径Ф8.2m,最大掘进荒直径12.8m;积极冻结期盐水温度: ty=-28~-30℃;设计控制层冻结壁平均温度:-8℃。

  2、冻结壁厚度设计计算公式的选择

  不同的设计理念会选择不同的计算公式,而不同的计算公式所计算出的结果相差较大。合理的计算公式决定冻结壁厚度是否是安全和经济的有机统一。确定选用维亚洛夫——扎列茨基公式(有限长极限强度理论公式)计算冻结壁厚度。

  3、冻结壁设计控制层位的选择

  该井冻结应主要以封水为主,故以最底部含水层位置为控制层为,即主立井以582.1m粗粒砂岩作为冻结壁设计控制层。

  4、冻结壁围压P的确定

  根据岩土力学理论及国外冻结设计经验,冻结壁围压应由水和悬浮土压两部分组成。岩层的平均天然容重<2.5g/cm3,取其平均湿容重2.6 g/cm3。主立井控制层底板深582.1m左右。

  根据经验,摩擦系数f取值为:砾岩、粗粒砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩采用0.4,粉砂岩、泥岩采用0.3。计算结果主立井:P=1.0×5.821+(1.45×5.821)×0.4=9.20Mpa

  5、掘砌段高h的确定

  较大一些段高有利于提高掘进速度,但亦非越大越好。对本工程而言,掘进段高在3.5m~3.8m较为合适,因此这里选取h=3.5m进行冻结壁厚度的计算。

  6、冻结壁平均强度的选取

  地层被冻结-8℃条件下其强度一般大于其天然强度,与饱和抗压强度相比,这里取其冻结-8℃时强度提高系数为1.6。

  冻结控制层位为细粒砂岩,其饱和单轴抗压强度4.95~24.35Mpa,平均15.28Mpa,取其最小值4.95Mpa,则-8℃时其抗压强度为4.95×1.6=7.92MPa。安全系数取1.4,7.92÷1.4=5.7MPa

  7、固约系数的确定

  当一端固定、另一端不固定时ξ=0;两端都固定时ξ=0.5。这里选取ξ=0.3。

  根据计算结果,综合考虑井筒开挖荒径的大小,开挖前冻结时间要求及开挖速度要求,并结合我公司多年来的施工经验,确定冻结壁厚度E主=4.5m。

  三、冻结孔设计

  1、冻结孔布置圈直径

  影响冻结孔布置圈直径设计的几个因素:井筒掘进至设计控制层位时,该水平冻结壁外侧有效厚度不小于2.5m;钻孔偏斜同时采用靶域和内偏值控制,钻孔靶域半径≤1.2m;内偏值≤0.7m;大段高钻爆法施工时,应有足够的放炮安全距离。综合以上因素确定:D主 =17.6m。

  2、冻结孔布置

  主立井开孔间距取1.49m,开孔个数37个;深度596m。

  3、防片帮孔布置

  依据姆杜柴登矿井主、副、风三井冻结施工经验,为了保证井筒顺利提前开挖,特布置上部防片帮孔。

  4、钻孔质量控制

  冻结钻孔偏斜:防片帮孔,内外偏值≤0.3m;主排孔,钻孔靶域半径≤1.2m,内偏值≤0.7m;0~200m最大相邻孔间距≤2.2m,200~400m最大相邻孔间距≤3.2m,400~596m最大相邻孔间距≤3.5m。

  四、冻结时间估算

  冻结壁交圈冒水时间估算及开挖前冻结时间的确定。设计水文孔报导范围的最大相临孔间距2.2m,含水层冻结发展速度25mm/d。则水文孔冒水时间为:t0=2.2÷(0.025×2)=44d。

  根据冒水前冻结时间、相关规范的要求,确定井筒开挖前冻结时间为:T1 =50d;井筒开挖后冻结时间T2=187d。

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