.3.2龙固北风井冻结施组(冻结深度730m)

兖矿新陆建设发展有限公司 龙固煤矿北风井井筒冻结施工组织设计新巨龙能源有限责任公司龙固煤矿北风井井筒冻结施工组织设计兖矿新陆建设发展有限公司二一一年一月龙固煤矿北风井井筒冻结施工组织设计管理方针本质安全 关爱生命依法管理 保护环境诚信服务 顾客至上创造精品 追求卓越管理目标实施工作零缺陷、顾客零投诉、安全零重伤工程安装工程竣工一次交付合格率100%冻结工程开挖日期实现率100%冻结工程成功率100%顾客满意度95%以上 环境目标：节能降耗、降低成本，污水、粉尘、噪声、固体废弃物排放达标，加强施工现场环境管理和监督，杜绝重大环境污染事故。职业健康安全目标：千人轻伤率2，杜绝重伤及工亡事故发生，不断改善劳动条件和工作环境，杜绝职业病。 兖矿新陆建设发展有限公司 龙固煤矿北风井井筒冻结施工组织设计目 录龙固煤矿北风井冻结设计参数表5打钻篇6第1章 编制依据6第2章 工程概括72.1矿井概况72.2工程地质72.3冻土试验102.4地质特点13第3章 冻结孔施工技术要求163.1冻结孔布置及工程量163.2技术要求与钻孔结构16第4章 施工设备184.1钻探设备184.2钻具选配194.3纠偏钻具194.4测斜仪器与定向仪器194.5废浆排放204.6用电负荷20第5章 施工准备215.1灰土盘及泥浆循环槽、泥浆池的施工215.2钻孔布放215.3 设备安装215.4设备试运行22第6章 施工方法与工艺236.1移位与找正236.2开孔与钻进236.3测斜与纠偏266.4下管276.5水文孔的施工27第7章 施工安全措施287.1钻进安全措施287.2预防灰土盘的下沉措施297.3夏季施工防雷雨措施297.4冬季施工防寒、防冻、防火、防煤气中毒措施29第8章 劳动组织与工期318.1劳动组织318.2工期34第9章 施工管理359.1质量管理359.2安全管理359.3文明生产与环境保护379.4工期保证措施38冻结篇39设计依据39设计原则39第1章 工程概括411.1矿井概况411.2工程地质411.3冻土试验411.4地质特点41第2章 冻结技术方案422.1冻结方式422.2冻结深度422.3冻结壁设计422.4冻结壁变形计算462.5冻结孔深度472.6冻结孔偏斜482.7冻结孔布置482.8冻结管、供液管492.9测温孔布置502.10水文孔布置50第3章 制冷系统设计513.1氨系统513.2盐水系统523.3清水系统533.4水源井设计533.5冻结站运转消耗材料533.6冻结、制冷系统保温543.7冻结站大临建筑54第4章 施工临时用电设计554.1配电设计554.2接地、防雷设计574.3安全用电技术措施与电气防火措施604.4技术交底654.5安全技术档案管理66第5章 施工工期675.1 制冷系统安装工期675.2 冻结运转准备675.3 冻结工期675.4 施工工期保证措施68第6章 劳动组织696.1 项目管理体系696.2 项目部人员安排706.3 保证劳动组织措施70第7章 质量管理体系717.1 质量目标717.2 质量管理体系717.3质量管理保证措施71第8章 信息化施工748.1监测目的748.2监测内容748.3常规监测方案设计75第9章 技术保证措施789.1 预防及处理冻结管断裂789.2 冻结管下放799.3 防止冻结壁内冻胀水799.4 冻结管防挤扁措施809.5 冻结运转保证措施809.6 冻结管充填处理809.7 井筒开挖条件809.8 冻结与掘砌配合809.9冻结站安装、运转819.10 水文孔、测温孔技术要求819.11 合理化建议81第10章 安全、文明、环保8310.1 安全生产8310.2文明施工8410.3环境卫生及环境保护84第11章 应急预案8611.1冻结管防断裂及断裂报警8611.2盐水漏失报警装置86第12章 新技术、新材料应用8812.1电机节能8812.2新材料的应用8812.3 CaCl2盐水过滤系统88第13章 附图、表90附表1 龙固煤矿北风井冻结壁冻土（粘土）发展与掘砌时间预测表90附图1 龙固煤矿北风井冻结壁冻土（粘土）发展与掘砌时间预测图91附表2 龙固煤矿北风井主要冻结设备表92附表3 龙固煤矿北风井冻结工程项目明细表93附图2 龙固煤矿北风井井筒打钻冻结工程进度网络计划图94附表4 龙固煤矿北风井冻结用电负荷统计表95附图3 龙固煤矿北风井钻孔平面布置图96附图4 龙固煤矿北风井钻孔剖面布置图97附页98龙固煤矿北风井冻结设计参数表序号项目名称单位北风井备注1井筒净直径m6.0 2井壁厚度m0.92.23井筒掘砌荒径m7.810.44表土深度m675.65井筒深度m7466冻结壁厚度m425.9m厚度7.5；675.6厚度11.57冻结壁平均温度425.9m -15；675.6m -218最大地压Mpa8.789冻结深度外圈孔m678中圈孔插花（外/内）695/730内圈孔插花（外/内）730/678防片孔33210距荒径距离外圈孔m9.0 中圈孔插花（外/内）6.05/5.3内圈孔插花（外/内）2.55/2.05防片孔1.3511冻结圈径外圈孔m28.4中圈孔插花（外/内）22.5/21.0内圈孔插花（外/内）15.5/14.5防片孔11.312冻结孔数外圈孔个49中圈孔插花（外/内）23/23内圈孔插花（外/内）1111防片孔1313开孔间距外圈孔m1.820 中圈孔插花（外/内）1.633 内圈孔插花（外/内）2.191 防片孔2.704 14冻结孔靶域半径m表土段0.8，基岩段1.0，防片孔2.5外圈、内圈、防片孔 内偏小于0.515终孔最大孔间距m表土段外圈、中圈相邻孔2.8，其他孔靶域半径和偏斜控制；基岩段中-内圈长腿4.516冻结管规格mm外圈、中圈、内圈孔300m以上采用159×6，300m以下采用159×7；防片孔采用127×5供液管80×6、 63×517测温孔深度/个数m/个730/2、710/2、680/1测温管127×518水文孔m/个386/1、205/1水文管D150焊管19冻结孔工程量m8580120钻孔工程量m8995221井筒需冷量104kcal/h1219.1 22冻结站标准制冷量380023最大用电负荷KVA1150724盐水温度-28-3425打钻工期d150 不含施工准备期26沟槽工期d20 27开机至试挖d110 28试挖至正式开挖d20 29开挖至停机d296 30冻结掘砌总工期d596 打钻篇第1章 编制依据依据冻结设计、井检孔资料，按有关规范、规程、标准，并结合以往施工经验，编制了本设计。设计编制依据如下：1、龙固煤矿北风井井筒检查孔有关资料；2、矿山井巷工程施工及验收规范（GBT213-90）；3、矿井井巷工程质量检验评定标准（MT5009-94）；4、煤田钻探规程（中煤总地字1991第547号）；5、煤田钻探安全规程（中煤总第字1991第566号）；6、其它与本工程施工相关的规程、标准及手册。第2章 工程概括2.1矿井概况山东新巨龙能源有限责任公司位于鲁西南巨野煤田的中南部，东距巨野县城约20km，西距菏泽市约40km，行政区划属菏泽市巨野县管辖。新巨龙能源公司龙固煤矿设计规模600万吨/年，2009年10月份建成投产，原有2主、1副、1风4个井筒。为提高通风能力，增加1个北风井，北风井位于巨野县太平镇境内，龙固至太平县级公路的西侧，南距主井4.8km。北风井井筒净直径6.0m，深746m，井筒所要穿过的冲积层厚度为675.6m。表1-2-1主要技术指标序号名称单位北风井备注1井口设计标高m+46.02井口自然地坪m+42.53井筒深度m7464基岩以上段m675.65基岩以下段m712.2工程地质 2.2.1地层井筒检查孔穿过和揭露的地层自上而下有第四系、第三系、二叠系。现分别叙述如下：（1）第四系（Q）厚152.6m。本孔未取芯，根据测井资料，主要为细砂、粉砂、砂质粘土、粘土。底部多为含铁锰质结核及姜结石的粘土层，隔水性良好，不整合于上第三系地层之上。（2）第三系（N）孔深675.60m，厚523m。主要由厚层粘土、砂质粘土、粘土质砂及砂层组成，与下伏地层呈不整合接触。根据取芯，取芯段含砂18层，砂层厚度40.0m,占取芯段厚度的8.4%，含粘土质砂5层，厚度18.60m，占取芯段厚度的3.9%，砂层多呈土黄，以粉砂、细砂为主，分选好；取芯段含砂质粘土32层，厚度147.7m，占取芯段厚度的31.1%，含粘土35层，厚度268.6m，占取芯段厚度的56.5%，粘土、砂质粘土以棕红、灰绿色为主，粘土层多以厚层及巨厚层产出，大部分呈微固结至半固结，含较多钙质结核及少量铁锰质结核，含块状、粒状及粉末状石膏，粘性及膨胀性较强，450m以下粘土大多易碎，吸水性强，易吸水膨胀，具可塑性。（3）二叠系(P)仅残存山西组。山西组为该矿井的主要含煤地层。钻孔揭露厚度为104.40m。岩性有浅灰至灰白色砂岩、灰黑色泥岩、粉砂岩及煤层。其中，3煤为该矿井的主采煤层。本组以中砂岩、细砂岩为主，中、细砂岩占揭露厚度的59%。3煤厚7.39(0.54)2.16m，黑色，以亮煤为主，夹镜煤及暗煤条带，玻璃光泽，块状，局部粉末状，内生裂隙发育，裂面见黄铁矿薄膜，阶梯状断口，为半亮型煤。夹石为碳质泥岩。泥岩呈灰黑色、灰色、深灰色、锈黄色，平坦状断口，均匀层理，局部含菱铁质结核，方解石脉充填，含少量植物碎片化石，部分含铝质高，风化裂隙发育。粉砂岩为灰黑色，裂隙发育，含植物碎片化石，局部见滑面。砂岩细中粒，以浅灰色、灰白色为主，局部深灰色、锈黄等色，分选性中等好，泥质胶结，成分以石英、长石为主。733736m间胶结程度差，硬度低，手搓易碎。本组顶部为风化带，675.6705.3m，厚29.7m。其中：强风化带厚18.20m，弱风化带厚11.5m。岩性为泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩，呈锈黄、浅灰、灰、深灰等色，裂隙及滑面发育，风化较强烈，强风化带部分强度极低，松软易碎。2.2.2构造检查孔附近的地层较为平缓，通过岩芯测量地层倾角一般在410°之间，从检查孔取上的岩芯来看，基岩段的裂隙较为发育，孔深715m730m中砂岩的裂隙发育尤为明显。在揭露的地层中未见明显的挤压现象，没有发现地层的断失情况，本孔附近构造较为简单。2.2.3水文地质表土段泥浆消耗量在1.0424.70L/min间，一般在2.7 L/min左右；644m以上最大消耗量为13.48L/min(孔深628m)，644m以下消耗量在4.4924.70L/min间，最大消耗量在659.92m，为24.7L/min。基岩段冲洗液消耗量在1.35262.76L/min间，简易水位在45m232m间；孔深715m以下部位消耗量、水位变化明显增大，消耗量在30.32262.76L/min间，简易水位在54.35m232m间，孔深741.19m消耗量最大，为262.76L/min，水位为55.5m，孔深720.79m水位最深，为232m，消耗量为33.69 L/min。由于本次施工，未对松散层进行专门的水文地质工作，故无法对松散层的水文地质特征做出评价，但由于第三系底部巨厚粘土层的存在，有效地切断了松散地层与基岩地层的水力联系。根据各含水层段的特征、钻进中获得的简易水文数据以及抽、压水试验结果、流量测井解释成果对含水层进行了划分和确定。共分三个含水层，即：二叠系山西组风化基岩含水层（含）；二叠系山西组3煤顶板砂岩含水层（含）；二叠系山西组3煤底板砂岩含水层（含）。现将各含水层有关特征数据经过合理取舍，根据其特征对各含水层评价如下：（1）风化基岩含水层（含）孔深675.87705.27m，该含水层为两层较厚层砂岩，裂隙发育，简易水文曲线变化不明显，简易水位在42.6045m之间，冲洗液消耗量1.939.63L/min，抽水时水量极小，为极弱含水层。（2）3煤顶板砂岩含水层（含）孔深705.3743.6m，该含水层砂岩厚度大，为巨厚层砂岩，局部裂隙发育，简易水文曲线变化明显，在孔深720.79m简易水位降至232m，冲洗液消耗量33.69L/min，至孔深741.19m，简易水位55.5m，冲洗液消耗量262.76L/min。本含水层简易水文变化主要受煤矿生产排水影响。从流量测井结果看，主要含水层位集中在712.55m722.05m，单位涌水量q：0.00701924l/s.m，渗透系数K：0.095424md, 导水系数T：0.9065d，为一弱含水层。本含水层是本孔的主要含水层。（3）3煤底板砂岩含水层（含）孔深760.15772.3m，为一厚层砂岩，局部裂隙较发育，简易水位在60.3763.9m之间，冲洗液消耗量11.2322.05L/min间，冲洗液消耗量与钻进煤层时相比变化不大，从流量测井结果看，此含水层基本不含水，为一弱含水层。表1-2-2北风井基岩段井筒涌水量预算表含水层编号含水层名称起止深度（m）含水层厚度（m）涌水量（m3/h）含风化基岩675.87705.2713.60含3煤顶板砂岩705.3712.557.250712.55722.059.514.81722.0574821.550含3煤底板砂岩760.15772.3012.150累计全井筒675.8778064.0514.81煤矿建设井筒水文地质工作规定（暂行）中规定：距井筒500m内不存在落差30m断层；第四系富水性差，其底部有厚粘土层普遍与基岩接触；井筒穿过多层含水层，井筒涌水量30m3h，为简单型。由此可见，北风井井筒的水文地质条件应为简单型。表1-2-3北风井基岩段井筒涌水量预算表含水层编号含水层名称起止深度（m）含水层厚度（m）涌水量（m3/h）含风化基岩675.87705.2713.60含3煤顶板砂岩705.3712.557.250712.55722.059.514.81722.0574821.550含3煤底板砂岩760.15772.3012.150累计全井筒675.8778064.0514.81煤矿建设井筒水文地质工作规定（暂行）中规定：距井筒500m内不存在落差30m断层；第四系富水性差，其底部有厚粘土层普遍与基岩接触；井筒穿过多层含水层，井筒涌水量30m3h，为简单型。由此可见，北风井井筒的水文地质条件应为简单型。2.2.4地温从测量结果看：三系底界面（孔深680m），地温26.6；在孔底处（孔深775m），地温28.6。QN段地温梯度为1.40百米，基岩段地温梯度为2.52百米。无地温异常。2.3冻土试验 表1-2-4单轴抗压强度序号取样深度岩层名称含水率%抗压强度（MPa）-10-15-20-25第1组427.5436.7粘土14.562.282.702.283.385.754.823.895.623.133.064.368.292.684.794.344.68第2组470.3481.2粘土13.862.362.383.323.354.244.525.926.592.503.285.188.232.293.444.145.63第3组508.5516.7粘土17.742.993.583.084.532.945.526.136.624.493.607.896.183.266.925.727.56第4组569.1578.8粘土13.833.222.744.204.205.174.626.025.251.753.844.175.373.254.574.514.36第5组598.2605.3粘土11.515.203.963.854.388.466.418.537.342.125.754.827.204.563.565.946.28第6组629.2637.3粘土11.312.232.863.033.225.114.556.775.673.783.33.845.802.563.344.714.45第7组422.4425.9粉砂17.213.113.855.054.674.485.558.598.573.974.105.079.214.464.857.117.91表1-2-5 各个土层的最大冻胀率和最大冻胀力检查孔冻土样土层名称含水率/%冻胀力（Mpa）冻胀率（%）-10-15-20-25-10-15-20-25第一组粘土14.560.530.640.770.855.245.355.415.57第二组粘土13.860.320.410.530.602.042.262.382.61第三组粘土17.740.460.540.620.714.484.714.955.16第四组粘土13.830.390.470.580.654.364.424.594.73第五组粘土11.510.280.360.450.553.573.683.803.93第六组粘土11.310.260.340.420.513.683.813.954.10第七组粉砂17.210.610.730.840.982.883.013.243.39表1-2-6冻土弹性模量序号取样深度岩层名称含水率%弹性模量（MPa）-10-15-20-25第1组427.5436.7粘土14.5634.843.252.547.9127.098.1130.1118.946.851.272.7138.048.140.195.688.6第2组470.3481.2粘土13.8665.251.4122.182.7145.2101.9103.1112.359.547.188.796.229.478.968.7140.5第3组508.5516.7粘土17.7448.475.582.2101.065.4114.9115.2134.4134.797.8189.5125.943.4123.189.7162.0第4组569.1578.8粘土13.8384.245.041.352.9116.869.686.492.821.868.148.6121.029.049.343.471.1第5组598.2605.3粘土11.5196.779.9101.8101.3113.8118.2145.4125.342.7113.6128.5108.6100.288.6112.2121.8第6组629.2637.3粘土11.3131.852.943.865.2147.8110.315614281.580.180.713145.471.7110.6139第7组422.4425.9粉砂17.2118.224.847.540.958.671.793.698.222.336.669.4121.433.938.687.179.5表1-2-7冻结温度试验成果表序号土层性质含水率冻结温度（）备注1 粘土1-914.56-1.92粘土2-1413.86-1.93粘土3-717.74-2.04粘土4-513.83-2.45粘土5-211.51-3.26粘土6-711.31-3.17粉砂7-617.21-1.6重塑表1-2-8冻土的泊松比序号取样深度岩层名称含水率%泊松比-10-15-20-25第1组427.5436.7粘土14.560.2120.2200.2160.2520.2190.2410.2130.2280.2020.2980.2370.2160.2470.2420.2660.256第2组470.3481.2粘土13.860.2150.2290.2250.2390.2310.2460.2480.2570.2280.2370.2440.2880.2430.2550.2640.236第3组508.5516.7粘土17.740.2180.2470.2340.2540.2580.2570.2460.2580.3110.2800.2630.2550.2120.2480.2590.271第4组569.1578.8粘土13.830.2900.2570.2400.2550.2970.2640.2590.2710.2560.2690.2510.2860.2260.2540.2440.218第5组598.2605.3粘土11.510.2390.2470.2620.2370.2660.2600.2570.2720.2840.2190.2560.2640.2180.2290.2580.293第6组629.2637.3粘土11.310.2560.2540.2350.2550.2940.2620.2680.2650.2250.2880.2370.2560.2810.2410.2560.272第7组422.4425.9粉砂17.210.2910.2860.3320.3070.3240.2990.2520.2570.2930.3010.2850.2730.2740.2880.2890.278表1-2-9导热系数测定成果表序号土层名称含水率/%导热系数(W/(m·K)比热 J(g·K)-10-15-20-25第一组粘土14.561.591.711.912.081.47第二组粘土13.861.551.671.822.011.42第三组粘土17.741.611.801.962.121.58第四组粘土13.831.531.651.801.991.44第五组粘土11.511.471.621.751.941.38第六组粘土11.311.481.631.761.951.39第七组粉砂17.211.671.842.052.141.642.4地质特点2.4.1冲积层厚度大冲积层厚度： 675.6m，超过目前国内已完成的最深冲积层冻结井龙固副井（567.7m）107.9m、郭屯副井（586.17m）89.43m，超过世界记录（前苏联雅可夫列夫铁矿571m）104.6m。2.4.2新近系粘土层含量大，单层厚度较厚在上第三系中下部以厚巨厚层粘土、砂质粘土为主，其膨胀性均较强，滑面发育，特别是450m以下粘土大多易碎，吸水性强，建议在建井工作中应引起足够重视。2.4.3粘土层结冰温度较低表1-2-12 冻结温度试验成果表序号土层性质含水率冻结温度（）备注1 粘土1-914.56-1.92粘土2-1413.86-1.93粘土3-717.74-2.04粘土4-513.83-2.45粘土5-211.51-3.26粘土6-711.31-3.17粉砂7-617.21-1.6重塑最低结冰温度-3.2。2.4.4 地下水流速大90m水的流向为东南向，即磁方位角为135°，流速为0.764米/小时。160m水的流向为东南向，即磁方位角为135°，流速为0.807米/小时。1-2-10龙固矿井北风井检查孔采用成果表累深（m）层厚（m）岩石名称累深（m）层厚（m）岩石名称累深（m）层厚（m）岩石名称8.708.70粘土152.609.25粉砂296.618.1砂质粘土12.553.85砂质粘土161.458.85细砂297.81.2粉砂15.252.70粘土164.953.50砂质粘土300.72.9粘土27.4512.20粉砂167.902.95细砂307.16.4砂质粘土31.403.95细砂170.252.35砂质粘土312.04.9粘土36.304.90砂质粘土176.205.95粉砂314.82.8砂质粘土56.6520.35细砂185.309.10砂质粘土316.31.5细砂63.657.00粉砂194.108.80粉砂321.14.8粘土69.405.75细砂199.705.60砂质粘土323.52.4砂质粘土75.305.90粉砂201.802.1细砂333.710.2粘土76.501.20砂质粘土203.51.7砂质粘土336.52.8砂质粘土91.2014.70细砂207.23.7粉砂339.22.7细砂102.0510.85粉砂219.612.4粘土344.55.3粘土103.301.25细砂222.32.7粘土349.34.8细砂105.752.45粉砂223.51.2砂质粘土362.212.9砂质粘土106.851.10细砂231.58粘土366.74.5细砂108.351.50砂质粘土232.10.6砂质粘土369.93.2粘土111.152.80细砂236.74.6粘土371.01.1砂质粘土118.657.50粉砂241.64.9粉砂372.61.6细砂121.653.00细砂243.21.6砂质粘土377.85.2粘土128.106.45粉砂262.419.2粘土380.12.3砂质粘土132.454.35细砂27310.6砂质粘土384.84.7粘土质粉砂135.653.20砂质粘土277.84.8粘土386.21.4细砂143.357.70细砂278.50.7粘土质粉砂389.83.6粘土1-2-11龙固矿井北风井检查孔采用成果表累深（m）层厚（m）岩石名称累深（m）层厚（m）岩石名称累深（m）层厚（m）岩石名称392.12.3砂质粘土503.11.4粉砂679.904.30细砂岩394.72.6粘土508.25.1砂质粘土685.455.55粉砂岩401.56.8粘土531.623.4粘土693.558.10粘土岩403.62.1砂质粘土533.31.7粉砂702.058.50中砂岩407.13.5粘土535.32.0砂质粘土702.650.60碳质泥岩411.34.2砂质粘土536.41.1细砂712.559.90中砂岩415.54.2粘土547.010.6粘土715.502.95破碎带422.46.9砂质粘土549.72.7砂质粘土717.802.30中砂岩425.93.5粉砂553.23.5粘土718.600.80破碎带433.47.5粘土558.14.9砂质粘土721.452.85中砂岩434.81.4砂质粘土561.83.7粘土722.050.60破碎带437.52.7粘土566.74.9砂质粘土738.9016.85中砂岩442.24.7砂质粘土568.11.4粉砂742.203.30粉砂岩451.79.5粘土580.212.1粘土747.004.80细砂岩453.41.7砂质粘土582.82.6砂质粘土748.001.00砂质泥岩454.51.1粉砂584.01.2粉砂758.0910.093煤458.74.2粘土585.11.1砂质粘土758.900.81砂质粘土460.82.1砂质粘土605.520.4粘土760.651.75粉砂岩465.24.4粘土624.719.2砂质粘土744.9514.3细砂岩469.64.4粘土质粉砂627.12.4粘土780.005.05泥岩485.916.3粘土628.31.2粉砂487.51.6砂质粘土645.216.9粘土495.68.1粘土651.46.2粘土质粉砂496.71.1粉砂652.10.7泥岩499.83.1粘土663.911.8砂质粘土501.71.9砂质粘土675.611.5含砾粘土第3章 冻结孔