冻结设计说明书

1、山东省汶上县义能煤矿主、副井井筒冻结工程施工组织设计说明书山东华新建工集团二00五年二月 、几前TOC o 1-5 h z1井筒特征及地质、水文地质概况4 HYPERLINK l bookmark12 2井筒冻结施工方案5 HYPERLINK l bookmark14 3冻结制冷参数设计5 HYPERLINK l bookmark32 4制冷系统施工设计9 HYPERLINK l bookmark42 5盐水系统设计10 HYPERLINK l bookmark52 6清水系统施工设计12 HYPERLINK l bookmark54 7供电系统设计12 HYPERLINK l bookmar

2、k56 8隔热层施工设计及井筒开挖条件12 HYPERLINK l bookmark60 9工期排队及劳动组织13 HYPERLINK l bookmark64 10冻结施工主要技术措施15 HYPERLINK l bookmark70 11质量保证体系16 HYPERLINK l bookmark76 12环保要求17 HYPERLINK l bookmark78 13主要施工设备17 HYPERLINK l bookmark80 14井筒冻结主要施工图17义能煤矿位于山东省汶上县东南部，北距汶上县城km,南距济宁市25km。矿井东西长约7.2km南北宽约6.5km面积32.1km?；煤层厚

3、度较大，煤质好，储量丰富，具有良好的开发前景本区以南10km处日荷高速公路自东而西通过，以南：5km处兖新铁路自东而西通过，以t0km有105国道，以东20km有104国道，区内乡级公路四通八达交通十分便利。井田采用立井（主、副井）开拓方式，井筒表土及基岩风化带均采用冻结法施工。为了优质、快速、高效完成本工程的施工任务，特编制山东省汶上县义能煤矿主、副井井筒冻结工程施工组织设计。1.井筒特征及地质、水文地质概况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井筒净直径m屮5.0屮5.02第四系地层厚度m229.9229.8以自然地坪46.

4、71m计算3基岩风氧化带深m252247.84冻结段井壁深度m2762765井壁厚度冻结段mm10001000基岩段mm400400地质及水文地质概况1.2.1地质概况根据井筒检查孔地质报告提供资料，义能煤矿井筒冻结段穿过的地层，自上而下为第四系Q)及部分侏罗系地层。第四系(Q)：主、副井厚分别为29.9m和229.8m平均229.85m上部主要由土黄、褐黄、棕黄色的砂质粘土、含粒粗砂、中、细砂及少量粘土组成，砂层富水性较小，下部主要由棕褐、棕黄、浅灰色砂质粘土及绿灰褐、灰色中、细砂及粘土质砂组成；底部由浅灰绿、浅黄绿色粘土、砂质粘土组成，阻断了第四系与基岩的水力联系。二叠系上石盒子组：主、副

5、井揭露厚度分别为432.6和433.2m平均432.9皿主要由灰灰绿色中、细砂岩及灰色、灰绿色、灰紫色等杂质泥岩、粉砂岩组成，上部受风化，岩石黄褐色，与下覆地层呈整合接触。1.2.2水文地质概况根据井筒检查孔地质报告提供资料，井筒冻结段穿过的主要含水层为第四系地层的三个含水段及风化基岩含水层。风化基岩含水层：主、副井厚分别为2.1m和18.0m。主要由泥岩、细砂岩、粉砂岩组成，裂隙发育,冲洗液消耗量为）一O.dn/h,本层未进行抽水试验。地下水流方向为东南，即磁方位50左右，流速为0.58m/h2井筒冻结施工方案根据主、副井井壁结构图，结合附近井筒冻结经验，确定主、副井井筒均采用长、短腿差异冻

6、结方案，短腿深度均过强风化带，均为2m长腿深入稳定岩层10m以上，为283m,同时为了防止井筒初期开挖引起片帮，主、副井井筒均在主冻结孔内侧增加一圈辅助冻结孔，深度均为m。3冻结制冷参数设计最大地压井筒最大地压值按表土层最深部作为控制层位，埋深为=229.9m主H=229.8n。最大地压值X0.013H经计算最大地压值为：=2.99Mp&副主P=2.99Mpa。副冻土允许抗压强度冻结壁平均温度取8C,冻土允许抗压强度为o=5MPa冻结壁厚度计算选用多姆克公式计算：E二R0.29XP=o+2.3X（P=o）2式中R为井筒掘进半径,R副=3顽其余符号意义同前，经计算冻结壁厚度分别为E主=E副=En

7、。冻结孔布置圈径1）主冻结孔布置圈径D二D+l.lE+2a1式中D井筒掘进最大荒径,D=D=7.1m1主1副a冻结孔允许向井中偏斜最大值，主、副井均取=0.4n经计算主、副井井筒主冻结孔布置圈径为D=D=11.8n。主副2）辅助冻结孔布置圈径D=D+2X（0.3XE+0H）f1nf式中E主冻结孔距井帮的距离E、二E一=2.35mnn主n副H辅助冻结孔深度,=180m其余符号意义同前，经计算两个ff井筒辅助冻结孔布置圈径分别为=D=9.3n。为有效防止井筒提前开挖引f主f副起片帮，辅助冻结孔布置圈径取值不宜过大，根据实际经验，主、副井井筒辅助冻结孔布置圈径均取=D=9.1n。f主f副冻结孔布置个

8、数L-主冻结孔开孔间距，预取=1.15n。经计算主、副井孔数=32.2个），取n=32个），实际开孔间距经计算为L=1.158m；L-辅助冻结孔开孔间距，预取=2.8n。ff经计算主、副井辅助冻结孔孔数=10.2个），取n=10（个），实际开ff孔间距经计算为L=2.859mn测温孔深度与数量根据钻孔柱状图以及验收规范要求主，、副井井筒内均设置3个测温孔。主冻结孔内侧孔各1个，外侧孔各2个；深度：内侧孔主、副井均为30m,外侧孔主、副井均为276m,均要求布置在较大孔间距的界面上。主井热电偶测温点位置分别为：14m、25m、40m、69m、92m、115m、149m、177m、204m、220

9、m、264m、274m。副井热电偶测温点位置分别为14m、24m、40m、60m、96m、120m、158m、186m、194m、215m、260m、275m。水文孔布置主、副井均各设豐个水文孔，浅孔深度分别为112m、111m；深孔深度均为225m。主井浅孔分别祂427m、3544m、6682m、8596m、107110m五个部位设置花管副井浅孔分别在2027m、3351m、7298m、104109m四个部位设置花管主井深孔分别在119144m、153168m、173190m、199223m四个部位设置花管副井深孔分别在134149m、166190m、199223m三个部位设置花管。水文管结

10、构详见水文管加工图。管材选择主、副井主冻结管和辅助冻结管分别选用127X6mm和127X5mm低碳钢无缝钢管，净用量分别为17120m和3600m测温管、水文管均选用P108X4.5mm低碳钢无缝钢管，净用量为135m。积极冻结期估算1）冻结孔偏斜率表土段W2.5%。副基岩段司。副表土段冻结孔向井中偏值W400mnio第四系最大孔底距包0m,基岩最大孔底距坯.0m。冻结壁交圈半窃=1.0m,冻结壁达到设计厚度时冻土扩展半径土r二J式中符号意义同前，经计算冻土扩展半径为二匚=2.08皿主副冻土平均扩展速度砂层取=0.024m/天、粘土取V=0.018m/天预计主、副井筒冻结壁交圈时间均为42天，

11、达到试挖条件的冻结时间均为50天，冻结壁达到设计厚度的冻结时间：主、副井均8为7天。主、副井冻结主要技术参数详见下表3-1。序号参数名称单位主井副井备注1井筒净直径m屮5.0屮5.02井壁最大厚度m1.01.03井筒最大荒径m屮7.1屮7.14第四系表土层深度m229.9229.85盐水温度c-28-30-28-306砂层冻结壁平均温度c-8-87冻结深度浅/深）m252/283252/2838需要冻结壁厚度m3.543.549主布置圈直径meii.8e11.810冻孔数个16/1616/1611结开孔间距m1.1581.15812孑.冻结管规格mme127X6e127X613辅深度m1801

12、8014助布置圈直径me9.1e9.115冻孔数个101016结开孔间距m2.8592.85917孔冻结管规格mme127X5e127X518测孔数个1/21/219温深度m230/276230/27620孔规格me108X4.5e108X4.521水孔数个1/11/122文深度m112/229111/22923孔规格（外管/内管）me108X4.5e108X4.524冻结需冷量万kcal/h106.1106.125冷冻站需冷量万kcal/h229.226冷冻站装机标准制冷量万kcal/h600表3-1主、副井井筒冻结主要技术参数表注：深度以自然地坪标高为0计算。4.制冷系统施工设计经方案优化

13、，选用YSLG20CFB型二次进气式螺杆冷冻机组制冷冻结,182主、副井共用一个冷冻站，盐水系统能相互调节。41冻结管散热能力QTQ=ndHnKT冻结管外径；H冻结深度；n冻结管个数；冻结管散热系数，表土段=250kcal/hm，基岩段土K=350kcal/hm2岩经计算冻结管散热能力为：=Q=106.1万kcal/h主副4.2冷冻站需要制冷能力|根据合同工期，副井滞后主井30天开机冻结，则冷冻站最大制冷能力需按主井维护冻结，副井积极冻结，同时装有一定备用系数。Q=1.2X(0.8Q+Q)=229.2万kcal/h站主副制冷设计参数选用制冷系统选用二次进气螺杆冷冻机组盐水去路温度：积极冻结期-

14、28C；掘砌至控制层位180m以下)时：-30C制冷剂蒸发温度35C冷却水进水温度25C制冷剂冷凝温度34C冷冻站实际制冷能力根据以上制冷参数，查螺杆冷冻机组的工作性能曲线，计算出需安装YSLG20CFB型螺杆冷冻机组共12组，实际制冷能力为238万kcal/h。满足182主、副井冻结需要。制冷剂、冷冻机油用量计算制冷剂用量冷冻机的制冷剂首次充加用量约T,加上后期的消耗补充，计算出需要氟里昂6T。冷冻机油用量冷冻机油选用46#，首次加油量3吨，预计需用量5吨。5盐水系统设计盐水主要技术参数选用盐水选CaCL水容液；去路最低温度=-30C2r盐水比重r=1270kg/m；波美度为30.8Be5.

15、2盐水总循环量WCQObrW=-brr.C.tbr式中：Q冷冻站制冷能力,Q=Q=119万kal/hoCOCO主CO副C盐水比热C=0.655kal/kgCbrbrt回路盐水温差，=3.5C经计算主、副井最大盐水流量分别为=W一=408nB/h。br主br副5.3盐水管路直径计算(1)供液管直径d=VW/2830wfgbrbr式中3/液管内盐水流速,3/=1.5m/sbrbrn液管数量，m=n=32+10个，主副经计算d=d=0.048mg主g副主、副井的主冻结孔供液管均选用外径76mm,壁厚为6mm的聚乙烯塑料软管，正循环供液；三个井筒的辅助冻结孔供液管均选用外径mm,壁厚为5mm的聚乙烯塑

16、料软管，正循环供液。(2)集配液管干管内直径二JW/283加mbr3管集配液圈内盐水流速,=2.5m/S经计算：d=d=0.24mm主m副主、副井干管及集配液圈均选用273X8mm无缝钢管。冻结管环形空间盐水流速W3=3=0.33m/sbr主br副2830(02-d2)n盐水泵选型ttt经计算主、副井盐水泵扬程均需大于8.4m,水泵电机大于111.6kw每井均选用2台10Sh-6型双吸泵作盐水泵，一台运转，一台备用。该泵单台流量为486m/h，扬程为65.1m配用电机135kw。氯化钙用量计算盐水溶液体积V二V+V+V123V-冻结管内盐水体积,V=V=991主1副V盐水干管及集配液管内体积V

17、=V25血2主2副V水箱内盐水体积,V=V=13.2n3，3主3副经计算V二V=137.2m主副固体氯化钙用量G=1.2aV/pa-每立方盐水溶液中固体氯化钙含！=360.7kg/m无水氯化钙纯席=96%经计算G主G广62吨补充氯化钙需16吨共需无水氯化钙40吨。6.清水系统施工设计冷却水用量计算螺杆冷冻机组每台需冷却水流量分别120m3/h,根据积极冻结高峰运转台数，冷冻机冷却用水量=1440m3/h。2清水泵选用清水泵选用10shT9型4台，主、副井同时冻结运转3台，另一台备用，满足冷却水量要求，循环水总管选用O375X8mm钢管。该泵单台流量为486nB/h，扬程为14m,配用电机30k

18、w。另外安装四台BL-300型玻璃钢冷却塔，用来降低冷却水温度。新鲜冷却水用量50iw/h,取自矿方提供的水源。水源井布置在地下水上游，抽水影响半径以外。使用台流量50ms/h的深井潜水泵，扬程32m,功率22w。7供电系统设计本工程施工期间在工广内建冻结站变电所所内安装HXG(F)高压开关柜5台，S9-1600/6/0.4型电力变压器两台并列运行),S9-560/6/0.4型电力变压器一台；SL-1型低压开关柜12台，PGL-01型低压电容自动补偿器2台。自建设单位6KV变电所敷设两路YJV-3X70/6KV电缆做为主电源进线(两路并联运行，当一路出现故障另一路能作为备用电源使用)工程总装机

19、容量为3499KVA,运行容量为3499KVA，同时运行最大负荷为3389.6KW详见供电系统图。8隔热层施工设计及井筒开挖条件隔热层施工设计制冷系统隔热效果好坏将直接影响井筒冻结效果，本设计选聚苯乙烯泡沫塑料为主材作低温设备及管路的隔热层。盐水箱四周均选用厚为mm的泡沫塑料板，总用量为120匹，盐水箱顶面需用J30mm板材30血、油毛毡30皿覆盖保温。盐水箱底M200X200mm方木作垫梁，垫梁中间充填泡沫塑料板。盐水干管集配液管及低温氨管路用厚50mm的泡沫塑料管材内外裹两层塑料薄膜，273X373X50需550m,0219X319X50需10m,0159X259X50需120m,低温阀门

20、等不能用泡沫塑料制品保温的地方采用优质棉6絮条）共需300条，塑料薄膜总计150Kg。8.2井筒开挖条件水文孔内水位已有规律上升并冒出管吐10天。经测温资料温度场分析，确定冻结壁已交圈，含水层处冻结壁强度足以抵抗该处的地压，冷冻站各系统运转正常。凿井施工各系统形成并运转正常，材料供应等准备就绪。满足上述条件时，井筒就可以试挖。9工期排队及劳动组织9.1工期排队根据施工合同对施工工期的要求和本工程特点，主、副井自钻机拆除进行沟槽施工至具备开机运转条件时、间均为10天；冷冻开机到具备试挖条件时间均为50天；。试挖后积极冻结期均为45天；加强冻结期均为30天；维护冻结期均为45天。冻结运转工期详见表

21、9.1。9.2劳动组织现场成立“义能冻结工程项目部”，以项目管理法管理冻结工程施工。冻结施工人员为专业技术工种，施工按“三、八”制作业，出勤总人5数3为人。具体人员分工详见表9.2.1。表9.1主、副井井筒冻结施工工期排队表1、主井施工总工期240天，其中打钻工期60天，冷冻站运转工期为170天。2、副井施工总工期240天，其中打钻工期60天，冷冻站运转工期为170天3、冷冻站及变电所安装与打钻工程同时施工，不占用冻结工期。4、副井滞后主井一个月开工，冷冻站总运转工2期00天。序号冻结运转备注工种名称出勤人数1冷冻机工6X32班长33清盐水泵工64配电值班维修65机修电焊工8冻结运转后，电焊工

22、转为机修6技术员27材料员、后勤58项目部5合计53表9.2.1冻结劳动组织表10冻结施工主要技术措施冷冻站安装按设计要求落实好设备，并对所有设备进行检修，保证设备的完好。基础的砼强度为C20施工时采用P.0.32.5R普通硅酸盐水泥,2040mm的碎石，中砂浇灌，砼配合比为水：水泥：砂：石=1子：1.6：3.6，水灰比为0.76,浇灌时要分层振捣,并洒水养护7,天后方能设备就位。安装前要对所使用的管材进行清除杂质、铁锈等工作,所用阀门必须检修保养。所有管路的安装禁止强力拉紧和硬扭对中。使用泡沫塑料板做隔热保温层,隔热层必须接头严密,捆扎牢靠,以不见明显结霜为合格。冷冻站安全运转规程（1）操作

23、工人应经培训,合格后持证上岗。（2）必须建立多项规章制度,严禁“三违”的发生。3）冷冻机运转期间,操作人员必须坚守岗位,不得兼管其它工作,以免发生事故。（4）施工时应做到安全生产、文明施工。水源井运转距主、副井井筒500m以内的所有水源井在开机前必须停止使月防止抽水影响冻结，确保冻结成功。11.质量保证体系工程施工实行项目管理制，严格按项目管理法成立项目部。建立起以项目部经理为首的质量保证体系机构，做到分工明确，责任到人，分别对材料供应控制、设备管理控制、施工过程控制及冻结检测等方面进行质量控制，确保井筒安全通过冻结段。详见表11.1：质量保证体系表11.1材料供应控制（1）采购员做到详细了解所购材料的生产厂家的生产能力、产品质量控制情况、现场管理状况等，并记录在册。（2）材料购买要在申请计划中写清产品名称类、别、型号、规格、性能要求、质量保证要求、供货单位、数量和交货日期等。（3）所有材料的合格证、质保书、验收合格等质量证明文件齐全并，应包装完整、外观完好，否则不得进场。（4）材料购买后要经材料组