城郊矿东风井井壁修复工程冻结施工组织设计

1、河南*限公司 城郊矿东风井井壁修复工程冻结施工组织设计城郊矿东风井井壁修复工程冻结施工组织设计河南国*有限公司2015年9月目 录1 工程概况11.1 矿井概况11.2 井筒地质及水文地质条件11.3 井筒实际揭露地质情况及井壁参数21.4 地温41.5 井壁破裂及井筒修复方案42 冻结方案设计42.1 冻结参数的确定42.2 钻孔布置方案62.3 冻结需冷量和装机能力72.4 冻结制冷设计主要技术指标93 冻结制冷系统设计93.1 氨系统设计93.2 盐水系统设计103.3 冷却水的需用量与补给量123.4 低温管路及设备的隔热123.5 冻结站供配电设计134 冻结站大临设施设计164.1

2、 冻结站厂房164.2 冻结站设备平面布置及设备基础164.3 盐水干管和集配液圈164.4 施工总平面布置165 施工监测165.1 检测目的165.2 常规监测方案设计175.3 非常规监测方案设计196 冻结造孔及冻结管安装206.1 冻结造孔要求206.2 冻结管材、连接与下放217 冻结站安装与运转227.1 冻结站大临建筑及设备基础施工237.2 冻结制冷施工主要技术要求237.3 冻结制冷系统安装248 劳动组织与工期248.1 劳动组织248.2 施工工期259 冻结施工主要措施259.1 施工难点专项措施259.2 施工工期保证措施269.3 施工质量保证措施279.4 施工

3、安全保证措施309.5 质量控制点3610 事故防范及应急预案3910.1 氨泄露防范及应急预案3910.2 盐水泄露防范及应急预案3910.3 断管预警及处理3910.4 其他应急预案4010.5 应急预案组织机构4011 冻结站拆除与冻结管处理4111.1 停机时间4111.2 液氨回收4111.3 盐水的回收4111.4 冻结站设备、管路及隔热层的拆除4111.5 冻结管充填处理4112 安全生产与文明施工4112.1 安全管理措施4112.2 文明施工措施4212.3 环境及职业安全健康管理措施4413 附图4613.1 城郊矿东风井冻结孔布置图4613.2 城郊矿东风井水文孔布置图4

4、713.3 城郊矿东风井集、配液圈布置图4813.4 城郊矿东风井供电系统图4913.5 城郊矿东风井站房布置图5013.6 冻结设备平面布置5113.7 制冷系统轴测图5214 冻结项目部需具有的文件531 工程概况1.1 矿井概况河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿位于河南省永城市城郊。城郊煤矿设有主井、副井、北回风井、东回风井、西进风井和西回风井6 个井筒，采用立井开拓。井田内地势平坦，交通便利，西北至陇海铁路商丘车站95km，东北至京沪铁路徐州车站97km，其间均有公路相通。城郊矿东风井是为了缓解矿井东翼通风线路较长，通风阻力较大，保证矿井稳产、高产而建设。其中，东风井井筒净直径为5.0m，

5、全深为494.6m，实际穿过厚度为358.2m 的冲积层，冻结法凿井段深度为423m ，于2004 年下半年竣工。1.2 井筒地质及水文地质条件1.2.1 地质条件 第三、四系松散层（KZ）本层总厚354.8m，以粘土及粉质粘土为主，占81.45%，上第三系中上部夹多层细粒砂层。本段岩层大多未胶结，局部呈半胶结状态，工程地质条件差。根据土工实验成果资料，粘土及粉质粘土含水率5.525.3%，天然孔隙比0.400.97，饱和度3292%，塑性指数11.419.7%，孔隙度2949%，垂直荷重0.2MPa，压缩模量4.814.1MPa，内摩擦角1557°，凝聚力0.040.31MPa，自

6、由膨胀率3680%。砂层容重2.032.36g/cm3，比重2.632.67 g/cm3,含水量0.62.3%，孔隙率11.525.7%，抗压强度6.816MPa。 二叠系上统上石盒子组（P2S）本组埋深354.80462.39，总厚107.59m，顶部23.41m为基岩风化带，以泥岩为主，夹细砂岩，抗压强度12.028.7MPa，抗拉强度0.371.33MPa，内摩擦角36°1539°37，泊松比0.310.52MPa，岩石质量指标测定结果，RQD值3696%，平均67%，围岩分类属IV类弱稳定岩层。本组岩层以泥岩及砂质泥岩为主，夹中粒砂岩，砂岩比例29.96%，根据岩石

7、物理力学性质试验结果，以类中等稳定岩层为主。1.2.2 水文地质条件根据井检孔所获资料，其水文地质条件自上而下分述如下： 第三、四系含水层组本区位于淮河冲积平原，紧邻黄河冲积平原，沉积了厚层新生界松散沉积物，井检孔穿见厚度354.8m，其中第四系（Q）厚度159.9m，上第三系（N）厚度194.9m，由于沉积物时代及成因不同，地层结构复杂，沉积重叠交错。第四系以粘土及粉质粘土为主，夹不稳定细砂层，井检孔砂层不发育，仅占4%；上第三系地层中，砂层发育，共穿见5层，砂层总厚59.99m，砂泥比为30.8%，砂层多为中细粒砂，单层厚度大，最厚达32.89m，集中在上第三系的中上部层段，局部呈半胶结状

8、态，富水性中等，为目前永夏矿区的主要供水含水层，单位涌水量一般0.20.8L/sm，渗透系数一般为0.5m/d，水位标高+1520m。 基岩风化带含水层本层埋深为354.80378.21m，标高-320.2m-343.16m，以泥岩为主，夹薄层细砂岩，裂隙不发育，线性裂隙率仅为2.6%，抽水试验结果：单位涌水量0.00130 L/sm，渗透系数0.00530m/d，地下水位标高+27.4m。抽水试验结束后，水位恢复迟缓，经过48小时仅恢复0.76m，证实属富水性极弱的承压裂隙水含水层。 水力联系本区新生界地层为厚层粘土及粉质粘土，粘性土比例高达81.45%，对于新生界各含水层之间以及新生界含水

9、层与基岩含水层起到良好的隔水作用。二叠系地层内普通发育泥岩及砂质泥岩，层位稳定，有效地阻隔了基岩含水层之间的水力联系。 地下水流向及涌水量参考城郊矿主、副井地质资料，地下水流向为东南西北，流速约1.76m/d。 井筒涌水量计算成果表（m³/h） 表1-2层位风化带K5砂岩及其以下合计（采用）计算采用计算采用涌水量2.934.8581.3 井筒实际揭露地质情况及井壁参数表土段实际揭露地质条件见表1-3，东风井井筒冻结段井壁结构参数见表1-4。东风井表土段实际揭露地层情况 表1-3序号累计厚度/m层厚/m岩石名称序号累计厚度/m层厚/m岩石名称18.78.7粘土22240.13细砂214

10、.25.5粘土23247.57.4铝质粘土321.57.3粉砂24252.55细砂456.935.4粘土25257.65.1粘土557.50.6粘土与粉砂26260.12.5细砂674.517粘土27262.62.5粉质粘土777.53细砂282729.4粘土883.66.1粘土29277.55.5细砂985.82.2粉砂302857.5粘土1098.312.5粘土3129813粘土1112122.7砂质粘土323024铝质粘土12129.58.5粘土33307.55.5细砂13133.43.9粉砂质粘土34312.55粘土1415218.6铝质粘土35319.87.3铝质粘土151619粘土

11、36332.612.8粘土16191.230.2细砂37358.225.6高岭土17202.511.3粉质粘土38361.63.4泥岩18215.412.9细砂39366.54.9细砂岩19220.45粘土40379.713.2泥岩20235.515.1细砂41404.524.8砂质泥岩21237.11.6粘土42414.710.2细砂岩东风井井筒冻结段井壁结构设计参数 表1-4 标高/m结构参数-10-132-132-202-202-282-282-357-357-398-398-413内壁厚度/m0.5500.5500.8000.8000.8001.500外壁厚度/m0.5500.5500

12、.7000.7000.700内壁混凝土等级C30C40C40C55C50C50外壁混凝土等级C30C40C40C50C50为预防井壁破裂灾害， 建井时分别在-199.5m、 -312m 深度处设置了井壁可缩装置，可缩装置的可缩量约为 200mm。1.4 地温井检孔0420m井温为16.5 19.5，最高井温为608米23.3，矿井不存在高温热害。1.5 井壁破裂及井筒修复方案2015年5月，东风井井壁发生了破裂灾害，几处井壁破裂，其中一个破裂处出水带砂，经注浆抢险，成功封堵了该井壁破裂处的涌水。2015年6月18日下午3在城郊矿召开的东风井井壁修复方案论证会，经过讨论，与会专家一致确定了东风井

13、井壁修复工程优先采用冻结法来防止井壁发生突水涌砂事故。根据井筒地质条件和已往的经验，建议增加2道可缩装置，初步建议可缩层的位置如下： 在-347m处（井壁破裂位置，在梯子间平台上方1m处，外面对应厚高岭土层）设置一道井壁可缩层。 在-287m处（在梯子间平台上方1m处，外面对应厚粘土层）设置一道。2 冻结方案设计2.1 冻结参数的确定2.1.1 设计依据由于本次冻结工程是在已建成的井筒周围实施，主要目的是在表土段井壁周围形成冻结壁，完全阻断表土含水层与井筒的联系，以便在井筒内壁开槽安装各段可缩装置，这与常规建井中冻结工程所有不同。在井筒冻结期间，井筒还在进行正常通风，这对冻结壁的发展会造成一定

14、的影响。中国矿业大学（深部岩土力学与地下工程国家重点实验室）为此做了城郊煤矿东风井井内通风对冻结壁形成的影响规律研究（以下简称研究），通过计算机进行大量的数值计算模拟井内通风对冻结壁形成的影响，得出了“冻结管交圈时间”、“冻结布置圈外侧主面和界面的冻结壁厚度和平均温度”、“冻结布置圈内侧主面和界面的冻结壁厚度和平均温度”与各影响因素的相互关系，作为本次设计的主要依据。本次冻结的主要目的是防突水涌砂，冻结工期比较短，冻结壁交圈即可，冻结壁厚度控制在2.5m3m。2.1.2 优化后的设计参数参考东风井建井期间的资料，井筒周围圈径11.2m、15.3m处有以前施工的冻结孔，结合现场实际，研究分别对冻

15、结管布置圈径（取值12.5m、13.0m、13.5m、14.0m）、冻结管直径（取值140mm、159mm）、冻结管间距（取值1.2m、1.4m、1.6m、1.8m、2.0m、2.2mm）以及其他影响因素进行了组合计算，得出了优化后的冻结设计参数：冻结深度370m，冻结管布置圈径13m，冻结管个数32个，开孔间距1.276m，盐水温度-30。冻结交圈时间见表2-1冻结交圈时间 表2-1冻结管间距/m1.21.41.61.82.02.2冻结壁交圈时间/d212938517181冻结壁发展预测见表2-2冻结壁发展预测 表2-2冻结时间/d冻结壁厚度/m冻结壁平均温度/冻土距井壁距离/m301.0-

16、5.92.0601.9-9.51.5902.5-10.71.21202.9-11.40.92.2 钻孔布置方案2.2.1 钻孔偏斜根据本工程的实际情况，冲积层冻结孔和基岩风化带中的允许偏斜率分别控制在0.2%和0.3%以内是可行的。为了保证此次井壁修复工程的质量，冻结孔的偏斜控制统一按靶域半径0.5m，最大孔间距2.0m来实施。2.2.2 测温孔的确定为加强对冻结壁温度场的监测，设计3个测温孔：在水流的上方、冻结孔的外侧、距主界面1.0m处设一测温孔，深度为370m；在水流方向的侧方、冻结孔的内侧、较大孔间距处距主界面1.0m，设一测温孔，深度为370m；在水流方向的侧方、冻结孔的外侧、较大孔

17、间距处距主界面1.0m，设一测温孔，深度为370m。测温孔采用140×5 mm、133mm×5 mm优质低碳钢无缝管，外管箍连接，管底密封，不试压、不灌水，但必须确保不渗水。2.2.3 水文观测孔的确定为了消除和减弱冻结壁发展可能对井壁造成的冻胀力作用，本次水文孔布置在冻结孔与井壁之间，水文孔兼作卸压孔，花管位置覆盖地层中含水的所有砂层。为消除因实际含水层位置与资料有出入、造孔偏斜对花管布置位置的影响造成的误差，水文管上每段花管设计长度5m，确保花管能覆盖到每一层含水层，止水带设计在花管上部1m处，长度3m，确保相邻报道含水层互不扰动。为确保施工质量和花管位置的准确，水文管

18、选用双套管结构。水文孔布置6个，其中2个孔布置圈径9m，4个孔布置圈径9.8m，分别为（深度/个数）181m/2个、263m/2个、308m/2个，造孔工程量1504m。含水地层统计及水文孔布置说明见表2-3，花管布置详见附图。含水地层统计表 表2-3序号层位/m层厚/m地层名称备注114.221.57.3粉砂274.577.53细砂383.685.82.2粉砂4161191.230.2细砂水位标高+1520m5202.5215.412.9细砂6220.4235.515.1细砂7237.1240.13细砂8247.5252.55细砂9257.6260.12.5细砂10272277.55.5细砂

19、11302307.55.5细砂12361.6366.54.9细砂岩水位标高+27m说明： 1号含水砂层距地表近，浅部井壁的承载力有较大富余，不设泄压位置；12号含水砂岩层含水率相对砂层低得多，厚度也不大，井壁位于岩层中不会涌砂，不设泄压位置。其他含水层每个含水层应有两个水文孔对其进行交圈报导和泄压，互为备份，以防万一。2.3 冻结需冷量和装机能力 计算公式Qk=dHNkqQ=QKmcQB=Q/AQJ=QBmb式中 Qk冻结管总散热能力，kcal/h；d冻结管外直径，m；H冻结管平均深度，m；N冻结管数量，个；Kq冻结管（器）单位热流量，kcal/m2·h；Q冻结需冷量，kcal/m2

20、·h；mc低温管路及设备的冷量损失系数；QB冻结标准需冷量，kcal/h；QJ冷冻站装机标准制冷能力，kcal/h；A冷冻机实际工况制冷量与标准制冷量之间的换算系数；mb冷冻站装机备用系数。 基本参数选取 冻结器的单位热流量Kq取250 kcal/（m2·h）； 冷量损失系数mc取1.15； 按盐水温度=-30或氨蒸发温度=-35工况条件下选取冷冻机的制冷量换算系数A取0.385； 装机备用系数mb取1.15。 计算结果见表2-4 冻结需冷量与冷冻站装机能力计算结果 表2-4序号内 容指 标1冻结管传热能力/kcal·h-1138.25×1042冻结需冷

21、量/kcal·h-1158.99×1043冻结标准需冷量/kcal·h-1(按盐水温度=-30计算)412.97×1044冻结站装机标准制冷量/kcal·h-1474.91×1045装机配备/组套4 装机能力冷冻站装机标准制冷能力QJ= 474.91×104 kcal/h。 选用机组的单套标准制冷量为138 ×104 kcal/h，4组套的制冷能力为552 ×104 kcal/h QJ，满足冻结站的标准需冷量。2.4 冻结制冷设计主要技术指标 冻结制冷设计主要技术指标表 表2-5序号项目名称指标1井筒净直

22、径/m5.02冲积层厚度/m358.23冻结深度/m3704井壁最大厚度/最大外直径/m1.5/8.05冻结盐水温度/交圈前-30，交圈后-256冻结孔布置深度/m3707布置圈直径/m138孔数/个329开孔间距/m1.27610至井壁的距离/m2.511冻结孔钻进靶域半径/m0.512冲积层段最大孔间距/m2.013冻结管规格140×5mm14观测孔布置水位孔的深度(m)/数量(个)181/2、263/2、308/215温度孔的深度(m)/数量(个)370/3 16总钻孔工程量/m1445417冻结制冷量计算冻结管散热能力/kcal·h-1138.25×104

23、18冻结需冷量/kcal·h-1158.99×10419冻结标准需冷量/kcal·h-1412.97×10420冷冻站装机标准制冷量/kcal·h-1474.91×10421机组配备/组套422开槽前盐水循环量/m3·h-11323冻结时间/d冻结交圈7024维护冻结603 冻结制冷系统设计3.1 氨系统设计3.1.1 制冷设备选型冻结制冷机组确定为4组套，根据厂家成套设备的配套方案，选取的辅助设备分别为： 虹吸式蒸发器：HZA-200，4台； 蒸发式冷凝器：型号ZNX-1500，4台； 贮液器：型号ZA5.0，1台； 虹吸

24、罐：型号UZA-2.5，2台； 集油器：型号JYA-500R，1台； 空气分离器：型号KFA-50，1台。氨系统主要设备配备表 表3-1序号设备名称规格型号数量备注1双级配搭撬块机组LG25L20SY/250kW/200kW4台烟台冰轮2虹吸式蒸发器LZA-2004台烟台冰轮3蒸发式冷凝器ZNX-15004台烟台冰轮4贮液器ZA-5.01台烟台冰轮5虹吸罐UZA-2.52台烟台冰轮6集油器JYA-500R1台烟台冰轮7空气分离器KFA-501台烟台冰轮3.1.2 首次运转需要的氨量贮液器：5m3×1台×50%=2.5m3虹吸式蒸发器：1.08m2×4台=4.32m

25、3压缩机经济器、油冷却器：2.8 m³×4台×50%=5.6m3虹吸罐：2.5m3×50%×2=3m3则系统运转需要的氨量: (2.5+4.32+5.6+2.5)×650kg/ m3=9.7（吨）3.1.3 系统首次运转的加油量800×4×1.1=3.52（吨）3.1.4 冻结站主要设备布置冻结站主要设备布置，详见附图城郊东风井站房布置图。3.2 盐水系统设计 盐水主要技术参数选用采用氯化钙盐水作为冷媒剂，盐水比重1260kg/m3时凝固点为-38.6，盐水比重1270kg/m3时凝固点为-43.6。本次冻结方案选

26、取的盐水温度为-30，考虑到通风和地下水流动等因素的影响，如果需要制取更低温度的盐水来应急就需要提高盐水比重，本次方案采用的盐水比重为1270kg/m3。去路盐水温度tr=-30，盐水比重r=1270kg/m3；波美度为30.7°B e CaCl2的用量计算：G= 盐水管路直径计算1）集配液圈干管内直径dg =Wbr/2830´br -干管集配液圈内盐水流速 Wbr-盐水干管内盐水流量，一般取单孔13m3/h计算经计算 dg =0.346m采用377×10mm的螺旋焊管作为集配液圈。盐水干管采用377×10mm，一进路一回路。2） 供液管直径dg = W

27、br、/2830´br 式中 br-供液管内盐水流速，br =1.5m/s Wbr、-供液管内盐水流量，取13m3/h经计算 dg =0.055m冻结孔供液管均选用75×6mm聚乙烯塑料软管，冻结孔采用正循环供液。 盐水泵选型12Sh-13型水泵2台,一用一备，交圈后调整盐水流量和温度，使冻结壁厚度维持在2.5m3m左右。 氯化钙用量计算盐水溶液体积V= V1 + V2 + V3 V1-冻结管内盐水体积 V2-盐水干管及集配液管内体积 V3-盐水箱内盐水体积固体氯化钙用量GG=1.2gbrV/gbr-每立方盐水溶液中固体氯化钙含量-固体氯化钙纯度=70%经计算G=125.2

28、3吨。盐水系统设计参数见表3-2盐水系统设计参数表 表3-2序号项目名称单位指标备注1冻结孔数个322冻结深度m3703冻结管规格140×54盐水干管长m705配集液圈长m57规格377×106井筒需冷量kcal/h158.99×1047盐水比重(15)/ m312708盐水比热(-35)kcal/0.6459盐水循环量m3/h485.23t =410盐水干管规格377×1011供液管直径75×6聚乙烯管12盐水泵选型12Sh-13型水泵2台,一用一备3.3 冷却水的需用量与补给量冻结站装机4组套，配备的冷凝设备采用大型蒸发式冷凝器，需4台，单

29、台设备耗水量3.5 m3/h，总耗水量为14m3/h。生活用水及其它用水按5m3/h。新鲜水补充量：19m3/h。可以利用东风井注浆站原有的水塔贮水为冻结站补充新鲜水。3.4 低温管路及设备的隔热制冷系统隔热效果好坏将直接影响井筒冻结效果，本设计选用橡塑海绵保温材料为主材作低温设备及管路的隔热层。橡塑海绵保温材料比以往的聚苯乙烯泡沫有许多优点，主要表现在：绿色环保，不含对大气有害的氯氟化物；导热系数低，是隔冷、隔热防结霜的克星，热传导系数低且稳定；防火性能好；闭泡式结构，能抗水汽渗透，保温时不需要再添加隔汽层；用料薄、省空间，其厚度比其它保温材料减少三分之二左右；使用寿命长，它具有卓越的耐天候

30、、抗老化、抗严寒、抗炎热潮湿；外观高档、匀整美观，它具有高弹性，平滑的表层，质地柔软；安装方便快捷，无需其它辅助层；减震，吸音效果好。保温材料利用得好，可以减少结霜点，这样相应地减少了冷量损耗。特别需要注意的是穿过风道的冻结管需要重点保冷隔热。3.5 冻结站供配电设计3.5.1 供电要求及供电方式 冻结站供电被列为矿山企业二类负荷，应具有一定的可靠性，只有在特殊情况下才能短时间停电，并且在停电前通知冻结站负责人，以便提前做好停电工作。供电电压应相对稳定，电压波动值一般不宜超过+5%-10%。冻结站临时变电所采用6kV供电线路，从城郊煤矿东风井6kV变电所内两个回路高压柜6103#柜、6204#

31、柜各引一根电缆接入冻结站高压开关柜，然后经箱式变电站供给冻结站使用，站内设备均采用380V电压供电。东风井变电所内正常情况一个馈出柜送电，另外一个馈出柜停电，冻结站与东风井主通风机分列运行。 供电设计冻冻结站设备总装机容量为2073.5kW，临时变电所低压0.4kV母线上的计算负荷为2328.13kVA。无功补偿后，低压0.4kV母线上的总负荷2075.67kVA。(冻结设备负荷统计见表3-3)。 冻结设备负荷统计表 表3-3设备名称规格型号数量设备容量（KW）功率因数需用系数计算负荷总台数工作数总计工作容量有功（kW）无功（kvar）视在（kVA）双级配搭撬块机组LG25L20SY44180

32、018000.800.90162012152025蒸发式冷凝器ZNX800.9059.4044.5574.25盐水泵12Sh800.6773.7055.2892.13活塞式压缩机8AS-12.5119090.00.800.908160.75101.25清水泵21157.50.800.8064.57.5照明及其它0040400.7028.0028.00合计2073.51868.11380.082328.13 变压器容量的确定按无功负荷曲线确定补偿容量QCQC=Pc（tan1tan2） kvar式中 tan1补偿前计算负荷功率因数角的正切值； t

33、an2补偿后功率因数角的正切值。冻结站设备无功补偿容量的计算负荷功率 Pc =1868.1kW 补偿前 tan1=Qjs/Pjs=1380.08/1868.1=0.74按照要求功率因数达到至少达到0.9，取补偿后的功率因数cos2=0.9 tan2=0.484补偿容量 QC=Pc（tan1tan2）=1868.1×（0.740.484）=478.23kvar。无功补偿后Sjs= Pjs /cos2=2075.67kVA根据实际情况选用2台1600kVA的箱变，供电系统设计详见附图城郊东风井供电系统图。 高压电缆选择1）根据SPN×Kr×Ks/cosS-视在功率，k

34、VA；PN-有功功率，kW；Kr-需用系数，查表取0.9；Ks-变电站同时系数取0.9cos-平均功率因数，查表取0.63则：S1868.1×0.9×0.9÷0.632401.84kVA2）计算最大长时工作电流：231.12A3）按经济电流密度选择电缆截面：231.12/（1×2.5）92.45mm2A计算电缆截面，mm2；I计算电流，An同时工作的电缆根数，1根J-电缆经济电流密度，取2.5A/mm2根据以上选择原则，6kV临时变电站高压电源进线电缆初选为矿用交联聚乙稀绝缘铠装电缆YJV22-3×95/6kV型，双回路供电。 启动方式的选择螺

35、杆式冷冻机电机配套起动柜采用星三角变换起动，盐水泵电机配套起动柜采用自耦降压起动。 防雷与接地1）冻结孔施工的钻塔上必须安装高于塔顶2.5m以上的避雷针，变压器必须装设“”型接地极，其接地电阻不得大于4欧姆。打钻系统用电设备必须有保护接地。2）冻结临时变电所要形成独立的接地系统，其接地电阻须小于4欧姆，接地线不应小于25mm2，接地极与接地线连接必须焊牢。条件允许的情况下在冻结站周围适当位置设置28m高的避雷针2根，避雷针须装设独立的接地装置，其接地电阻必须小于10欧姆，要与冻结站内设备同步安装。避雷针安装位置可根据现场情况而定，但需符合对避雷有效保护的要求，同时也可以考虑现场已有的避雷设施来

36、确定避雷针的安装位置及数量。 主要电气设备及材料电气设备及主要材料消耗，详见冻结供电施工需用电器及主要材料表表3-4。 冻结供电施工需用电器及主要材料表 表3-4项目序号名 称规 格 型 号单位数量备注冻结1箱式变电所ZXB-1600台22高压电缆YJV22-3×70/6kV米260箱变电缆架空进线两根3高压电缆YJV-3×50/6kV米20箱变电缆进线连接线4低压电缆YC-3×120+1×35米672制冷机组电源线5低压电缆YC-3×50+1×25米40蒸发冷电源线6低压电缆YC-3×16+1×10米100筹备期

37、间7低压电缆YC-3×6+1×4米1000水泵、临时用电8低压电缆YC-3×4+1×2.5米1000照明及其他9低压电缆YC-4×2米200电磁阀控制线10低压电缆YC-2×2.5米500电磁阀控制线11避雷针28米根2暂定4 冻结站大临设施设计4.1 冻结站厂房冻结站房布置4间，每间长23m，宽4.2m，能满足冻结站室内设备占地需求。4.2 冻结站设备平面布置及设备基础附图：城郊东风井站房布置图4.3 盐水干管和集配液圈由于东风井井筒周围有风道和行人间，考虑到尽可能的减少对井口已有构筑物的破坏，集、配液圈采取明槽的形式布置在地面，不

38、超出永久锁口高度，对于外部环境会增加盐水管路冷量损失的问题，可以采取两种方案：一是加大隔热层厚度，并在隔热层外覆盖防雨棚和遮阴网；二是搭设砖混或者板房结构的环形建筑，以不妨碍井架安装和设备人员提升为前提。附图：城郊东风井集、配液圈布置图4.4 施工总平面布置 灰土盘制做：由于此次冻结孔施工是在已投入生产的风井井筒周围进行，情况比较特殊，具体参数详见冻结造孔专项施工组织设计。 根据现场实地考察，及冻结站设计占地面积需要，冻结站布置于注浆站、变电所与东风井井口和泵房之间的矩形场地处，距井口距离近，满足冻结需要。 水源井的布置在满足冻结技术要求的前提下尽可能利用已购或已租土地范围内。可以利用东风井注

39、浆站原有的水塔贮水为冻结站补充新鲜水。 符合环境保护、劳动保护、防火、防涝的要求。5 施工监测5.1 检测目的5.1.1 及时反馈冻结状态信息通过现场监测可及时提供冻结过程中的各种数据和资料，便于掌握井筒冻结情况和制冷设备运转情况，检验设计和施工的正确性，可根据监测情况及时调整施工参数，提高冻结效率。这些监测数据和资料是工程管理人员判断工程安全与否的依据，借此可实现施工的信息化。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。5.1.2 监测是判断冻结壁是否达到要求的唯一依据通过监测可判定冻结壁是否已交圈，冻结壁厚度和强度是否能满足施工要求，还可为确定工期安排提供

40、参考资料。5.1.3 为指导施工提供科学依据单纯的理论计算，难免产生这样那样的不切实际；地质条件和施工的多变性会带来各种意想不到的结果，只有对实际监测资料科学分析再结合理论计算，才能使设计和施工走上更高的层次。5.2 常规监测方案设计5.2.1 冻结孔施工过程监测 监测目的：监测冻结孔深度、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。 监测内容：对每个冻结孔深度、偏斜进行监测，对相邻两冻结孔孔间距监测，对每个冻结器试压试漏。 监测方法：偏斜监测和成孔偏斜监测，指导钻进偏斜监测深2030m测斜一次，成孔偏斜每孔必测，20m测斜一次。相邻两孔施工完后，根

41、据测斜成果绘出不同水平偏斜图，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。冻结管下放完成后进行耐压试验压力，试验压力3.2MPa，试压时间45分钟，按规范要求试压。 监测仪器：采用陀螺仪测斜。 所有冻结孔施工完毕后，在钻机撤出之前，工程技术组对所有冻结管进行偏斜复测，不符合设计要求及最大孔间距超出设计要求者，施工补孔，从而确保冻结壁的安全形成。 监测记录：冻结孔测斜成果总平面图，冻结管试压试漏记录。5.2.2 冻结制冷系统运转指标监测 监测目的：监测氨系统、盐水系统、清水系统的温度、压力、电流等运转参数，分析冻结制冷系统运转情况，确保其安全、高效运行。 监测内容：盐水温度、蒸发温

42、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；每台设备的运转电流、吸排气温度、压力；油压、油温；盐水水位等。 监测方法安装期间在管路适当位置安装测温元件、压力表等，实现运转监测。 监测仪器：温度计、压力表、电流表等，运转开始后每天24小时监控，每2小时记录一次，直至停机。 监测记录：冻结站各种运转日志，盐水降温曲线等。5.2.3 冻结器工作状况监测 监测目的：监测冻结器工作状态，确保冻结器工作正常。 监测内容：冻结器盐水去回路温差。 监测方法：在每个冻结器去回路上安装温度计插座，利用热电偶/阻监测。 监测仪器：采用烟台奥深科技研制的一线制数字测温系统，可实现自动检测。

43、监测记录：冻结器头部去回路温差记录表，自冻结开始每天收集1次。5.2.4 冻结壁温度场监测 监测目的：监测冻结壁在冻结过程中的发展情况，通过监测可判断冻土扩展速度；冻结壁交圈，均匀与否及其厚度、强度。预测井壁与冻土零度线之间的距离，掌握温度分布规律。 监测内容：监测冻结段不同水平冻结壁内的温度。 监测方法：在布置好的测温孔中每隔20m左右布置一个测点，下入测温元件与地面监测仪器相连，进行监测，具体测点布置见表5-1。 监测仪器：采用烟台奥深科技研制的一线制数字测温系统，计算机自动采集并输出。 监测记录：测温孔测温记录，自冻结开始每天收集2次。用单点测温仪不定期监测各测温元件获得参数的准确性及井

44、下实测井帮温度，必要时在冻结孔内进行纵向测温。 测温孔传感器布置点 表5-1序号测点水平（m）地层序号测点水平（m）地层110粘土15210细砂216粉砂16230细砂330粘土17245铝质粘土445粘土18350细砂560粘土19270粘土680粘土20280粘土790粘土21305细砂8100砂质粘土22315铝质粘土9110砂质粘土23325粘土10140铝质粘土24340高岭土11150铝质粘土25350高岭土12170细砂26365细砂岩13180细砂27370泥岩14200粉质粘土5.2.5 冻结壁内外水位监测 监测目的：根据冻结壁内水文孔的水位及冻结壁外地下自然水位的变化情况，

45、判断冻结壁是否交圈。 监测内容：水文孔的水位、周围地下自然水位。 监测方法：两个水位采用精密水准仪测定统一观测高程，对水文孔、周围农用井测量水位。开机20天后每天测量水位最少1次。 监测仪器：自制电测水位仪，精度±1mm或测绳、钢尺。 监测记录：水位变化记录表、水位变化曲线。5.3 非常规监测方案设计5.3.1 盐水流量、盐水温度及水位监测。5.3.1.1 盐水温度监测在盐水干管的去、回管路上及所有冻结器的盐水去、回管路上均安装温度传感器，采用一线制测温系统。5.3.1.2 流量传感器布置盐水干管流量传感器布置在去路上，在冻结管上留有流量测量口，每隔4个冻结器安装1个流量计接口，采用

46、涡街式流量传感器，发现异常，随时流量。5.3.1.3 盐水漏失报警使用多点巡检报警器对冻结站中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，一旦发现盐水箱的液位低于设定值即发出声光报警。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。6 冻结造孔及冻结管安装6.1 冻结造孔要求6.1.1 冻结孔的允许偏斜值与成孔间距煤矿井巷工程施工规范第5.2.4条规定冻结孔的偏斜率：位于冲积层的钻孔不宜大于0.3%，但相邻两个钻孔终孔的间距不得大于3.0m；位于风化带及含水基岩的钻孔，不宜大于0.5%，但相邻两个钻孔终孔的间距不得大于5m。当相邻两个钻孔的偏

47、斜值超过上述规定时，应补孔。随着钻孔装备和工艺的不断完善，以及施工水平的不断提高，上述指标要求偏低，根据本工程的实际情况，冲积层冻结孔和基岩风化带中的允许偏斜率分别控制在0.2%和0.3%以内是可行的。为了保证此次井壁修复工程的质量，冻结孔的偏斜控制统一按靶域半径0.5m，最大孔间距2.0m来实施。6.1.2 钻孔质量要求钻孔测斜：冻结孔、测温孔钻进时每隔2030m测斜一次，如超过规定，及时纠偏。钻孔下管深度误差符合规范，不小于设计深度。每个钻孔下管前，绘制单孔平面偏斜图，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

48、后方可下管。6.1.3 钻孔施工要求 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-5A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。 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。 钻孔所有资料应及时报相关部门备案。6.2 冻结管材、连接与下放6.2.1 冻结管材冻结管管材采用国家正规大厂20#钢（执行GB8163-2008标准）。冻结管统一采用140

49、15;5 mm的20#钢管，冻结管内接箍连接方式，管箍长度为210mm。由于本次冻结施工工期较短，且冻结以封水为目的，冻结壁的强度和变形均不大，选用壁厚为5mm的冻结管能够满足施工需要。测温管选用140×5mm、133×5mm无缝钢管，外接箍连接方式，接箍长度为210mm、 200mm。水文孔选用140×5mm和57×4mm的无缝钢管，外接箍连接，接箍长度为210mm和86mm。管材和管箍规格表详见表6-1。限于场地受限，有可能在钻机造孔期间无法进行现场配管，需要在其他场地配管，然后二次转运到现场。管材、管箍规格明细表 表6-1序号管材规格使用部位管箍规

50、格管材数量（m）1140×5冻结孔128×5 L=210mm118402140×5测温孔146×5 L=200mm3703133×5测温孔146×5 L=200mm7404140×5水文孔152×5 L=210mm1504557×4水文孔68×4.5 L=86mm10846.2.2 冻结管的连接方式目前国内大于300m的冻结井，几乎已全部采用内衬箍坡口对接焊。城郊东风井设计采用内衬箍破口对接焊，按照以往冻结工程送检的冻结管低温条件下焊缝力学试验的数据，内衬箍焊接焊缝抗拉强度达到母材的95%以上。

51、冻结管焊接严格按照专项技术措施进行，冻结管专用管箍、底锥材质必须与母材一致，严格按设计要求进行加工。6.2.3 冻结管下放6.2.3.1 冻结管下放 冻结管配接及下放前专人对管材、管箍、底锥进行严格质量检查、除锈； 为了缩短冻结管的下放时间，选择定尺冻结管，所有冻结管的单根长度出厂定尺选择12m，冻结管在井口安装的焊缝在3132道，节省井口作业时间； 提前将下放冻结管运到钻机附近，减少额外作业时间； 冻结管随下随注水，提高冻结管自重； 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； 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； 管子下完后，管口加盖，四周充填黄土，下放中和下放后严禁杂物掉入冻结管。 对于穿过风道的冻结管，在下管完成后需要割去造孔期间的套管，防止套管与冻结管环形空间内的水在冻胀力的作用下挤扁冻结管造成生产事故。6.2.3.2 冻结管试压试漏冻结管焊接下放完成后，必须进行试压试漏。根据规范要求试验压力：不小于全深冻结管内盐水柱与管外清水柱压力差与盐水泵工作压力之和的2倍。P为试验压力，单位MPa；H为冻结孔设计深度，单位m；P1