云霄矿井冻结施工组织设计

PAGE序号项目名称单位主井副井备注1冲积层埋深m420.35403.92井筒净直径mφ5.0φ5.53井壁厚度m≤1.55≤1.604井筒掘砌荒径mφ6.7～8.25φ7.2～8.85含壁后泡沫板5冻结深度外圈m470/430470/414短腿进入风化带10m左右辅助孔m430414穿过冲积层防片孔m320300根据第二次井壁变截面调整6控制层位m420.35403.9冻结管规格：外圈、辅助孔≤300mφ140×6mm，≥300mφ159×7mm；防片孔φ140×6mm。塑料管：φ75×6mm7控制层冻结壁厚度m7.0m7.4m8冻结壁平均温度℃-15-159冻结圈径外圈mφ17.8φ18.8辅助孔mφ12φ12.5防片孔mφ9.6φ10.010孔数外圈个20/2021/21辅助孔个2324防片孔个111111开孔间距外圈m1.331.34辅助孔m1.791.78防片孔m2.742.8512冻结孔偏斜及最大孔间距m300m以上钻孔偏斜率≤2.5‰；300m以下按靶域施工,靶域半径0.7m,冻结孔向内偏斜≤300mm。最大孔间距表土段：外圈孔≤2.5m，辅助孔、防片孔按偏斜及靶域要求；基岩段≤4.5m13测温孔m/个421/2、470/1、460/1404/2、470/1、460/1规格φ108×6㎜14水文孔m/个240/1、320/1240/1、325/1水文管φ140×615钻孔工程量m33782341596794116井筒需冷量104Kcal/h41341817冻结站标准制冷量2863最大用电负荷11000KVA18盐水温度℃-30～-33工期d3853851造孔d1001002地沟槽d15153开机至试挖d85854试挖至开挖d2020试挖20m5开挖至停机165165要求成井80m/月霄云矿井冻结施工组织设计表01霄云矿主、副井冻结设计参数编制依据⑴济宁矿业集团霄云煤矿主检钻孔柱状图；⑵济宁矿业集团霄云煤矿副检钻孔柱状图；⑶济宁矿业集团霄云煤矿主、副井井筒打钻冻结招标文件；⑷济宁矿业集团霄云煤矿工业场地总平面布置图；⑸业主提供的其它资料等。有关技术规范、标准及参考资料⑴《矿山井巷工程施工及验收规范》，GBJ213—90；⑵《煤矿井巷工程质量检验评定标准》，MT5009—94；⑶《煤炭工业建设工程质量技术资料管理规定》；⑷《煤炭工业煤矿井井巷工程、建筑安装单位工程质量保证资料评级办法》；⑸《建井工程手册》第四册冻结部分；⑹《煤矿安全规程》（2005年执行）；⑺参考《冻结技术规程》（审查意见稿）、《建井技术》等相关技术文件和资料第一章矿井概况1.1工程概况霄云煤矿位于金乡县霄云镇境内，工业广场北距枣曹线省道1600m，西距105国道18公里，交通便利，交通便利。矿井地质储量10120万吨，可采储量4825万吨，矿井设计生产能力90万吨/年，立井开拓，在工业广场内布置主、副两个井筒。地面自然标高＋37.2m,井口设计标高+37.5m。井筒主要技术特征见下表。表02霄云矿井主、副井井筒主要技术特征表序号项目单位主井副井备注井口位置Xm3863850.0003863840.000Ym20444695.00020444790.0001井口标高m39.539.52井筒车场水平m暂定-790暂定-7903井筒净直径mφ5.0φ5.54井筒净断面积m19.623.445最大井壁厚度m21.551.606最大掘砌荒径m8.39.07表土厚度m420.35403.98设计冻结深度m470470业主要求1.2地质概况1.2.1地层表03井筒检查孔揭露地层深度统计表孔号第四系Q上第三系N下第三系E石河子组P主检236.1420.5455.8791.00副检240.4401.9466.3830.8主、副井只存在弱风化带，无强风化带，主检孔埋深为456.2m，副检孔埋深为449.38m，1.2.2第四系流向流速第四系35m内地下水的流向为北西北460，水力坡度7.69％，2005年9月11日10时潜水位标高＋32.75～＋33.80m，地面河流水补给第四系潜水。1.2.3地温根据地址钻孔测定地温梯度为2.81℃/100m。1.3冻土试验表04冻土试验取土层位深度表土层序号试样深度（m）土性层厚（m）1204.00～215.90粘土11.902215.90～228.30粉细砂12.403246.60～260.00粘土13.44331.10～348.50粘土17.45349.95～356.00砂质粘土6.056381.20～389.40砂质粘土8.207390.30～417.60粘土27.3注：（1）表中：1～3层为井筒1号检查孔样品；4～7层为2号检查孔样品；（2）第4层土样为2号检查孔冻1样品；第5层土样为2号检查孔冻2样品；第6层为2号检查孔冻3和冻4样品；第7层土样为2号检查孔冻5、冻6和冻7样品。表05样品冻结试验结冰温度土样编号取样深度（m）取样名称冻结温度（℃）备注1208.35～208.55粘土-1.72216.10～216.30粉细砂-0.43246.80～247.00粘土-0.74334.00～334.20粘土-3.05391.90～392.10砂质粘土-2.56405.70～405.90砂质粘土-2.87411.80～412.00粘土-1.5表06冻土冻胀力、冻胀率试验结果样品分组土层名称取样深度（m）冻胀力试验冻胀率试验冻胀力（MPa）平均值冻胀率（％）平均值1粘土204.00～215.900.660.681.901.800.701.802粉细砂215.90～228.300.810.842.302.200.862.103粘土246.60～260.000.750.761.401.500.771.704粘土331.10～348.500.890.883.203.000.902.805砂质粘土349.95～356.000.690.672.002.100.652.206砂质粘土381.20～389.400.520.552.602.500.582.507粘土390.30～417.600.810.783.163.100.753.05表07冻土单轴瞬时抗压强度地层分组土性深度（m）试验温度-5℃-10℃-15℃-20℃单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa单轴强度MPa平均值MPa1粘土204.00～215.901.541.732.752.924.134.136.136.081.792.884.255.711.853.144.016.402粉细砂215.90～228.303.133.306.045.878.318.399.969.653.466.458.469.083.305.138.409.913粘土246.60～260.002.202.203.643.334.494.555.425.532.083.594.245.932.322.774.945.234粘土331.10～348.501.441.662.752.833.713.534.304.291.752.693.534.691.803.053.353.905砂质粘土349.95～356.001.671.661.952.143.553.414.544.451.692.163.264.381.612.303.424.436砂质粘土381.20～389.401.741.782.022.224.274.336.636.391.722.354.336.391.892.294.396.147粘土390.30～417.601.811.842.582.583.813.734.114.361.682.403.704.082.032.763.694.881.4地层特点⑴粘土层埋藏深且连续厚度大，主井317.6～420.35m(厚102.75m),副井322.03～403.9m(厚81.87m)；⑵整体来看冻土单轴抗压强度值偏小，尤其是下部粘土地层；⑶从应力－应变关系曲线可以看出：破坏应变大多在8％以内，因此，冻土的破坏应变小；⑷粘土地层的冻结温度偏高，下部粘土层约在-1.5～-3.0℃之间，尤是331～348m粘土地层（第四组样品），样品冻结温度为-3.0℃；第二章冻结技术方案2.1设计目的⑴设计的冻结壁厚度和强度满足井筒安全掘砌施工的要求，井筒掘砌中不发生因冻结壁原因引起的人员和工程质量事故。⑵设计应确保基岩段封水及冻结岩帽的形成⑶根据国内外及本公司深厚表土冻结井施工经验，以满足冻结壁强度，防止冻结壁变形及冻结管断裂为目的，选择合理的施工方案及施工参数。⑷以施工安全为前提，减少工程量、提高工程效率、降低工程造价，达到安全、快速、高效的施工目的。2.2冻结方式根据目前国内同类型矿井冻结方式并结合霄云矿井主、副井实际情况，确定主、副井均采用主圈孔、辅助孔加防片孔冻结方案。2.3冻结深度根据业主要求，主、副井冻结深度均为470m（业主要求）。2.4冻结壁设计2.4.1冻结壁设计原则按两种极限状态设计，一是冻结壁的极限承载能力；二是冻结壁极限允许变形状态。前者对砂层较合适，因为砂层冻结壁具有脆性断裂的特性，因此其承载能力必须得到满足，否则可能出水冒砂。后者适用于深厚粘土层，因为对于粘土层冻结壁厚度及强度必须满足变形条件，防止出现过大变形而导致冻结管断裂，盐水漏失融化冻结壁，危及井筒安全。2.4.2基本设计计算参数①冻结壁内半径：主井R主=4.1m、副井R副=4.43；②地压值（采用水土悬浮公式）：P=0.013H（MPa），为安全期间控制层深度H均取最大表土深度，即主井420.35m、副井403.9m；③冻结壁平均温度（控制层）：根据目前国内已施工同类型深厚表土冻结井实际冻结情况，取控制层冻结壁平均温度：主井Tc主=-15℃、副井Tc副=-15℃；④冻土抗压强度：根据手册单轴抗压强度选取；⑤冻土发展速度：参照附近梁宝寺矿井、金桥矿井、花园矿井实际冻土发展速度，选取霄云主、副井控制层冻土发展速度砂层向内20mm/d、向外15mm/d，粘土层向内16mm/d、向外13mm/d。⑥井帮温度（控制层）：砂层Tn=-11～13℃；粘土层Tn=-10～-12℃⑦盐水温度：Tb=-30～-33℃；⑧冲积层最大孔间距：L≤2.5m。⑨强度安全系数，k=2～2.5；⑩掘砌段高，从保证安全和方便施工两方面考虑，控制层暴露段高300m以下取h=2.0～2.5m；⑾工作面冻结状态系数；η=√3（工作面未冻结时）～√3/2（工作面冻实时）；设计取主井η=1.3、η=1.5；2.4.3冻结壁厚度由于目前国内外对400m以下深厚表土冻结井冻结壁厚度设计没有较为成熟的计算理论，设计采用两种方法计算冻结壁厚度：一是通过现有计算公式计算；二是采用类比法，与国内外已施工的深厚表土冻结井比较，综合确定冻结壁厚度。⑴现有计算公式计算冻结壁厚度多姆克公式：E=Ra[0.29（P/σs）+2.3（P/σs）2]维亚若夫—扎列茨基有限段高公式：E=ηPh/σs里别尔曼公式：E=KγHh/σs《煤炭冻结法凿井技术规程》中的强度公式：E＝【k√3（1－ξ）Ph】/σs国内数理统计公式：E=0.04RaH0.61表08冻结壁厚度计算结果表序号计算公式单位主井副井备注1多姆克公式m6.026.2取手册强度,2维亚若夫公式m6.06.653里别尔曼公式m6.77.14冻结法凿井技术规程m6.66.915国内数理统计公式m6.537.02⑵表09国内同类型深厚表土冻结井冻结壁厚度比较表矿井名称井筒净径（m）掘砌荒径（m）表土深度（m）冻结深度（m）冻结壁平均温度（℃）冻结壁厚度（m）开机至开挖天数（d）金桥主井4.57.5376.4412-126.0690副井5.08.2383.1412-126.66120梁宝寺主井5.07.9370.9461-125.770副井6.510.1371.6461-126.772陈四楼主井5.07.6369435-105.3150副井6.59.8373435-106.3180济西主井4.57.3457.78488-147.5副井5.08.0458.7488-147.6元氏副井6.08.8360.7410-105.8涡北主井5.08.2413.9476-126.8副井6.510.1410.5470-127.0花园主井4.58.15476.8512-208.3正在施工副井5.08.65476.8512-208.7正在施工李堂主井5.08.15427.42467-156.6未开工副井5.08.15430.03470-156.6未开工根据计算并结合国内外已施工或正在施工的深冻结井冻结壁设计厚度，确定霄云主、副井控制层冻结壁厚度为：主井E主＝7.0m、副井E副＝7.4m(掘砌段高≤2.0m，空帮时间≤24h)。2.4.4冻结壁（强度）平均温度校核采用国内目前普遍采用的单排孔冻结壁平均温度计算公式——成冰公式，加修正值计算。TC=Tb[1.135-0.352√L–0.875/3√E+0.266√L/E]-0.466+0.25Tn－2.5主井控制层TC=-15.1℃、副井控制层TC=-15.3℃；控制层冻结壁强度能满足设计要求。2.5冻结孔深度2.5.1主孔深度：主井长腿470m、短腿430m；副井长腿470m、短腿414m；2.5.2辅助孔深度：主井430m；副井414m；2.5.3防片孔深度：由于上部井壁较薄（0.85m），辅助孔上部离荒径较远（约2.6m），上部冻土因动水及空气影响发展速度较慢，试挖时间又短，开挖时冻土离荒径远易出现片帮，影响井壁质量和施工安全及施工速度，增加工程成本。借鉴附近矿井冻结经验教训，设置防片孔，深度主井320m、副井300m（自然地坪算起，深度到井壁第二2.6冻结孔偏斜深厚表土层冻结井施工中，冻结孔施工质量的好坏直接影响冻结工程的成败。为保证冻结壁均匀稳定和冻结工期，根据招标文件要求及霄云实际地质情况并结合当前冻结钻孔实际施工水平，对冻结孔偏斜提出如下要求：2.6.1钻孔垂直度：300m以上钻孔偏斜率≤2.0‰；300m以下按靶域施工,靶域半径0.7m,冻结孔向内偏斜≤300mm。最大孔间距表土段：主孔≤2.5m，辅助孔、防片孔按偏斜及靶域要求；基岩段≤4.5m。以上条件必须同时满足。2.6.2孔位偏值：径向向外0～25㎜，切向±25㎜。2.6.3钻孔深度必须保证冻结管下管深度不得小于设计深度0.5m。2.7冻结孔布置2.7.1冻结圈径①主孔圈径D=D荒+2（0.6E+γH）结合冻土发展速度、掘进速度、冻土向外发展距离、冻结孔实际偏斜及其它深井冻结施工经验，确定主冻结孔圈径：主井为φ17.8m、副井为φ18.8m。②辅助孔圈径考虑偏斜、井帮温度及防断管要求，确定辅助孔圈径主井φ12m、副井φ12.5m；③防片孔根据冻结工期要求及上部冻土发展速度，并尽可能减少造孔工程量，确定防片孔圈径主井φ9.6m、副井φ10m。2.7.2冻结孔数N=πD/L主井：主孔N外=42个、辅助孔N辅=21个、防片孔11个。副井：主孔N外=44个、辅助孔N中=22个、防片孔11个。2.7.3开孔间距L=πD/N主井：主孔L外=1.33m、辅助孔L中=1.79m、防片孔L防=2.74m。副井：主孔L外=1.34m、辅助孔L中=1.78m、防片孔L防=2.85m；。2.8冻结管、供液管2.8.1冻结管冻结管主孔、辅助孔0～300m采用φ140×6mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接，300m以下采用φ159×7mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接。防片孔采用φ140×6mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接。2.8.2供液管采用聚乙稀塑料软管，规格：φ75×6mm。2.9测温孔布置布置原则：地下水流上方、冻结壁外侧最大孔间距处；冻结壁内侧界面处；冻结壁外侧主面、界面处；尽可能均匀布置。主副井各设计4个测温孔，主井421m/2个、470m/1个、460m/1个；副井404m/2个、470m/1个、460m/1个。测温孔具体位置根据冻结孔偏斜情况而定。测温孔采用φ108×6mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接，管底密封，不试压、不灌水，确保不渗水。2.10水文孔布置水文孔：主副井各设计两个水文孔，其中主井240m/1个、320m/1个；副井240m/1个、325m/1个。水文管规格：φ140×6mm20#优质低碳钢无缝管，内管箍连接。第三章 冻结制冷系统3.1氨系统3.1.1井筒最大需冷量：Qmax=KπdHnq主井：Q主max=KπdHnq=413×104kcal/h＝4802KW；副井：Q副max=KπdHnq=418×104kcal/h＝4861KW；根据招标文件要求，主井先开机，副井比主井晚开机一个月。冻结站最大热负荷出现在主井冻结2个月，副井冻结1个月之后。此时主井热负荷仍未高峰负荷，所以按主副井同时冻结考虑。主副井最大需冷量为831×104kcal/h＝9663KW。3.1.2冻结设备选型根据公司现有设备，选取如下制冷设备：螺杆机 JPLG25IIITA 15台螺杆机 KA20CBY 15台蒸发器 LZ—240 30台氨液分离器 AF—1400 20台蒸发式冷凝器 EXV—Ⅱ—340 15台中冷器 ZL—10 10台虹吸罐UZA1.03台贮液器 ZA—5.0 5台集油器 YF—100(代) 4台空气分离器 KF—2（手动） 4台冻结主要施工设备见附表。3.1.3冻结站最大制冷量冻结设备标准制冷能力：2863×104kcal/h＝33291KW；低温工况：冷凝温度32℃，盐水温度-30℃，蒸发温度-35℃。冻结站压缩机运转台班安排见附表3.2.盐水系统⑴盐水循环量：Wbr=Q/△t。γbrCbr⑵冻结管规格：：dt=√Wbr/2830ωbr.nt+d《⑶盐水管路直径：dm=√Wbr/2830ωbr⑷供液管规格：d’=√Wbr/2830ω.n表10霄云主、副井盐水系统计算表序号项目名称单位主井副井备注1冻结孔数个74772冻结深度m4704703冻结管规格㎜ф140×6、ф159×74盐水干管长m400400ф377×95配集液圈长m1501506井筒需冷量KW472148267盐水比重(-15℃)㎏/m3126512658盐水比热(-35℃)Kcal/㎏℃0.6450.6459盐水循环量m3/h11551155单孔13～15m3/h10盐水干管规格㎜ф377×911供液管直径㎜ф75×612盐水泵型号设12SH—6A型盐水泵6台，流量918m3/h，扬程70m，电机310KW，，每井2台工作，1台备用3.3清水系统⑴新鲜水补充量：W=65m3/h⑵清水泵选择：选250QJ100—18/1型井用潜水泵2台（流量100m3/h、扬程36m，电机15KW），1台运转，1台备用。3.4水源井设计冻结期间水源井最大取水量80m3/h（包括生活用水）。设计2口水源井。选200QJ/80—88/8潜水泵（流量80m3/h）2台，1台运转，1台备用。3.5冻结站运转消耗材料⑴充氨量(99.8%)：Ga=KQA[1+n(0.05～1)]/1000=160T；⑵冷冻机油：牌号N46数量80T；⑶固体氯化钙用量(浓度95%)：G=1.2gbrvbr/ρ=840T3.6冻结站供电设计冻结期间由甲方提供10KV电源，通过架空线或电缆接入冻结站移动式配电站。采用就地无功补偿，提高功率因数后，最大用电负荷为11000KVA；选用移动式变配电室带2500KVA/10KV/0.4KV变压器2台、1600KVA/10KV/0.4KV变压器4台。3.7冻结、制冷系统保温3.7.1氨系统低温设备、管路保温氨系统低温设备包括：氨液分离器、中冷器等，保温材料用橡塑绝热保温材料（≤-10℃厚60mm，≥-10℃厚30mm）进行保温。3.7.2盐水系统包括：盐水泵、盐水箱、盐水干管、配集液圈等，分别用橡塑绝热保温材料（60mm）、聚乙烯保温板（100mm）等进行保温，盐水箱底下采用2层100mm聚乙烯保温板保温。3.8冻结站大临建筑冻结站大临主要包括：冻结机房、设备基础、清水池、配电室、检修室、交接班室、测温室及生活用房等，冻结机房采用钢结构厂房，生活用房采用组装式板房；设备基础采用C150素混凝土；清水池采用砖混结构，面积见附表2。3.9冻结孔处理由于冻结管深，拔不出来，可用水泥砂浆或细石混凝土将冻结管充填密实。第四章施工工期4.1制冷系统安装工期⑴设备基础施工工期：30天。⑵制冷系统设备、管道安装工期：45天。⑶系统试压试漏、保温、调试工期：40天。4.2冻结运转准备工作内容：地沟槽施工、冻结器头部、配集液圈、盐水干管安装及盐水系统试压试漏安排工期：15天。4.3冻结工期4.3.1开挖前冻结时间根据霄云矿井实际地质情况，结合已施工矿井实际冻土发展速度，选取霄云主、副井控制层冻土发展速度砂层向内20mm/d、向外15mm/d，粘土层向内16mm/d、向外13mm/d。根据设计要求表土层冻结孔最大孔间距应控制在2.5m以内。预计交圈时间：T‘=L/V=63天。根据掘砌速度并考虑下部冻结壁达到设计要求的时间，预计主副井试挖时间均为：T=85天；实际试挖时间应根据水文孔实际冒水时间、冻土实际发展速度、冻结壁厚度发展情况、掘砌单位准备情况及掘砌速度与冻土发展的关系，由业主、监理、冻结单位、掘砌单位、设计院共同研究决定。4.3.2开挖后冻结时间主副井试挖至正式开挖均为为：20天、正式开挖至停机主井165天、副井165天。4.3.3冻结总工期（不含造孔）主井：85+20+165=270天；副井：85+20+165=270天4.4施工工期保证措施4.4.1科学论证、精心设计，确保技术方案和施工方案最优，工期设计符合实际情况，为安全、顺利施工打好基础。4.4.2投入具有丰富的深厚表土冻结经验的施工队伍，采用大型螺杆式制冷冻结设备，严格控制造孔质量，确保偏斜率及最大孔间距在设计要求范围之内，冻结管确保根根试压试漏合格。4.4.3选择工作能力强、业务素质高的人担任现场项目经理，公司领导亲自抓，实行项目法施工，成立强有力的现场施工项目经理部，健全管理组织，选择精兵强将，确保施工队伍的高素质。4.4.4采用项目承包制，落实各种奖惩措施，充分调动职工的积极性和创造性，确保施工工期如期或提前完成。4.4.5狠抓制冷系统安装质量，提高自动化程度，提高制冷效率，保证运转正常，缩短盐水降温时间。4.4.6加快盐水降温速度，提高盐水泵流量，加快冻结壁交圈速度，确保按时或提前开挖。4.4.7根据井筒冻结情况合理分配冷量，为掘砌单位创造好的掘进条件。4.4.8切实做好冻结壁温度场、冻结制冷系统的监测，随时掌握冻结发展状态，真正做到信息化施工。第五章劳动组织5.1项目管理体系按照ISO9001—2000质量体系管理要求，切实落实项目经理责任制，对冻结施工各个环节进行统一管理，从组织上保证项目的顺利进行。项目部组织管理系统如图1：图1项目部组织管理系统图项目经理项目副经理主管工程师项目经理项目副经理主管工程师工程技术部经营管理部办公室 工程技术部经营管理部办公室冻结站运转班电工班机修班电冻结站运转班电工班机修班电焊班监测班5.2项目部人员安排表11劳动组织人员配备表项目部管理人员冷冻站施工人员合计（人）105262项目经理1运转工30项目副经理3机修工9技术负责人1电工6工程部2电焊工3经营部2监测工4其他1备注运转高峰62人5.3保证劳动组织措施5.3.1选用过硬施工队伍为保证霄云主、副井冻结工程的顺利进行，公司选用在济北矿区、彭庄煤矿、济阳煤矿施工，具有丰富的深厚表土冻结经验的冻结施工队伍，参加施工人员素质较高，全部持证上岗，确保施工质量达到优良标准。5.3.2项目部管理人员配置该工程项目经理具有壹级项目经理任职资格，项目部主要领导均具有大专或大专以上文化程度，具有十几年以上丰富的项目部管理经验，能处理工程中发生的各种间题和事故。工程技术管理人员文化程度都在大专以上，具有专业高级、中级职称在现场施工多年，其他管理人员也具有多年的管理经验。项目部所配人员完全能满足该冻结项目的管理和施工需求。5.3.3聘请专家小组聘请具有丰富冻结、建井施工经验专家、具有深厚理论功底的学者教授，成立专家顾问小组，随时指导施工。第六章质量管理体系6.1质量目标工程质量：优良。主井、副井自冻结开机至试挖均为85天。6.2质量管理体系公司质量保证体系组织机构图项目部质量保证体系组织机构图6.3质量管理保证措施6.3.1按照ISO9001—2000版质量管理体系要求进行质量管理。6.3.2冻结管下放保证措施⑴冻结孔施工严格按偏斜、靶域要求及冻结深度钻进；⑵采用内衬箍坡口对接焊，严格按《冻结管焊接作业指导书》进行施焊，所有焊工均有焊工证书；⑶冻结管严格丈量，确保冻结管下放深度；⑷对冻结管进行严格的试压试漏，确保冻结管不渗漏。6.3.3冻结机房安装保证措施⑴机房安装前及运转前要对设备进行检修，保证设备完好率；⑵严格按《冻结机房焊接作业指导书》进行焊接操作，所有焊工均有焊工证书；⑶机房安装过程中，要严格按图施工，认真执行《冻结站安装施工措施》；⑷机房安装完成后要按规范要求对整个系统进行严格的试压试漏、抽真空，确保整个制冷系统不泄漏。6.3.4冻结运转保证措施⑴运转期间严格按《冻结站制冷系统运转操作规程》执行，确保制冷系统高效运转，盐水降温符合设计要求；⑵运转中根据设计及实测参数随时调整机组配比及开机量，保证运转质量。6.3.5特殊施工过程经营副总经理冻结副总经理安装副总经理管理者代表冻结管焊接是冻结施工的特殊作业过程，应按特殊过程作业程序作业。经营副总经理冻结副总经理安装副总经理管理者代表人力资源部综合办公室教培中心物流中心物资供应站经济运行部市场开发部机电设备管理部工程技术部安全质量部总工程师（副总经理）总经理人力资源部综合办公室教培中心物流中心物资供应站经济运行部市场开发部机电设备管理部工程技术部安全质量部总工程师（副总经理）总经理冻项目部安项目部冻项目部安项目部项目总经理项目总经理:质量总负责项目经理：工程质量总负责代表项目经理：工程质量总负责代表质量管理小组质量管理小组冻结施工质量负责人冻结孔施工质量负责人综合作业综合作业质量员材料供应质量员设备检修设备检修质量员冻结孔施工质量员冻结作业质量员供电作业质量员图3项目部质量保证体系第七章、冻结施工检测、监控7.1监测内容⑴冻结孔施工过程监测；⑵冻结制冷系统运转指标监测；⑶冻结器工作状况监测；⑷冻结壁内、外水位观测；⑸冻结壁监测；A．冻结壁温度场；B．井帮位移；⑹盐水流量、盐水温度监测；⑺盐水漏失报警；7.2监测方案7.2.1冻结孔施工过程监测⑴监测目的监测冻结孔深度、偏斜和冻结器试压试漏情况，确保冻结孔深度、偏斜率、最大孔间距、冻结器试压试漏符合设计要求。⑵监测内容对每个冻结孔钻孔深度、偏斜进行监测，相邻两冻结孔孔间距监测，对每个冻结器试压试漏。⑶监测方法钻孔深度根据钻具长度进行实际计算。委派专人监测冻结孔偏斜，冻结孔偏斜监测分为指导钻进偏斜监测和成孔偏斜监测，指导钻进偏斜监测深20～30m测斜一次，成孔偏斜每孔必测，按比例对冻结孔进行复测。相邻两孔施工完后，根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。冻结管耐压试验压力为：主孔、辅助孔3.6MPa,防片孔2.5Mpa，试压时间均为45分钟，严格按规范要求试压。⑷监测记录单孔测斜成果单，测斜成果总平面图；冻结管试压试漏记录等。7.2.2冻结制冷系统运转指标监测⑴监测目的监测氨系统、盐水系统、清水系统的温度、压力、电流、电压等运转参数，分析冻结制冷系统运转情况，确保其安全、高效运行。⑵监测内容盐水温度、压力；蒸发温度、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；中冷器进出液温度、压力；设备的运转电流、电压、吸排气温度、压力、油压、油温；盐水水位等。⑶监测方法安装期间在管路适当位置安装测温元件、压力计等，实现运转监测。⑷监测仪器温度计、压力表、电流表等，运转开始后每天24小时监测（每两小时记录一次），直至停机。⑸监测记录冻结站各种运转日志，绘制盐水降温曲线。7.2.3冻结器工作状况监测⑴监测目的监测冻结器工作状态，确保冻结器工作正常。⑵监测内容冻结器盐水去回路温差。⑶监测方法在每个冻结器去回路头部处，各布置1个测温点，自开机至停机每24小时巡回检测一次，获取正常的温度差。。⑷监测仪器：数据采集器、微机等。⑸监测记录：冻结器头部去回路温差记录表。7.2.4冻结壁内外水位监测⑴监测目的根据井筒内水位、水文孔水位及井筒外地下自然水位的变化情况，判断冻结壁是否交圈。⑵监测内容：井筒水位、水文孔的水位、周围地下自然水位。⑶监测方法三个水位采用精密水准仪测定统一观测高程，在水文孔内、井筒内、周围农用井内采用电测水位仪检测，开机50天后每天测量一次。⑷监测仪器：电测水位仪，精度±1mm。⑸监测记录：水位变化记录表、水位变化曲线。7.2.5冻结壁监测测试系统的组成原则和特点组成原则：为简化测试系统，测量温度均以热电偶为主，测量冻结壁压力、冻结壁位移均统一采用输出信号类型相同的传感器。尽量选用能同时测温和测压力（或应变）的传感器，以减少传感器的数量。冻结温度场、冻结压力、盐水温度监测等采用计算机技术、通信技术、显示技术和计算机控制技术（简称“4C”技术），分层分级的结构形式。由于采用了分散控制，集中操作，分级管理和分而自治的设计原则，计算机与现场是充分隔离的，现场干扰影响不到计算机，数据采集器放置在现场并采用串行通讯的方式与上位计算机进行通讯，一台上位计算机可控制多台数据采集器，数据采集器与传感器之间采用模块式连接，这样就使得现场测点分散到各模块，模块分散到数据采集器，构成分级机构形式，某一测点或某一模块出现故障只影响相关部分，对整个系统没有影响。由于数据采集器专为现场使用而设计，工作可靠抗干扰能力强，并可直接与各种传感器连接而不需要其它变送器或外加调解电路，使用方便可靠。⑴硬件系统硬件由计算机、调制解调器、光电隔离器、数据采集器、温度传感器（热电偶）、打印机等组成（见图4）。每台上位计算机可控制15台数据采集器，每台数据采集器可带6个通道扩展模块，每一通道扩展模块可接36个测点，整个系统最多可接3240个测点。⑵软件系统采用专用冻结温度场监测系统软件包，软件包为菜单式用户界面,人机对话方便，数据自动打印、存储，同时可方便的将测量数据进行远距离传送。⑶冻结壁温度场监测方法。在测温孔内布置铜康铜热电偶串进行测温，掌握温度场在竖向和径向上的变化规律。每个测温孔内放一串热电偶，根据地层情况和实际需要每间隔20～25m设一个测点。⑷冻结壁温度传感器布置主、副井在冻结壁内外均布置4个测温孔，每孔内布置若干测温点（粘土、砂层、及其界面），经标定校核后，接入数据采集器，最后集中接入微机管理系统。从冻结站开机始，每24小时检测一次，直至停机。通过冻结壁温度监测可判断冻土扩展速度；冻结壁交圈、均匀与否，预测井壁与冻土零度线之间的距离。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下实测井帮温度。必要时在水文孔、冻结孔内进行纵向测温。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。测温孔布置示意图见冻结孔平面布置图。7.2.6井帮位移⑴监测方法使用挂线垂球钢尺法或收敛计法进行井帮位移的测量。挂线垂球钢尺法将系有钢球的线索悬挂于外壁的钢筋钩上，以此线索为基准用钢尺测出不同时刻各测点至线索的距离，即冻结壁各位置随时间变化的位移值。收敛计法是测量二点间长度变化的仪器，先将二个测点固定在冻结壁上，然后将仪器的一端通过球绞点与一个测点相连，另一端通过钢尺的挂钩与冻结壁上的另一测点相连，通过弹簧给钢尺施加一定的拉力，如果两测点间有位移则钢尺的拉力变小。通过弹簧将拉力加到原来值，就可在百分表读出两测点间的位移值。⑵井帮位移测点布置：在冻结壁内侧沿圆周方向等间距布置位移4个测点，使用垂球法和收敛仪测量开挖后冻结壁在井帮处位移，井帮位移测量与井筒掘砌相对应，作到每班专人测量记录。7.2.7盐水流量、盐水温度监测。⑴监测装置温度检测装置采用DT-100型温度测试计算机集散系统。流量测量采用涡街式流量传感器配合流量积算仪，单根冻结管使用内径Ф60mm的流量传感器，量程0～50m3/h。盐水干管（总管）使用内径Ф350mm的流量传感器，量程0～1800m3/h。流量计型号：LUGE-60型和LUGE-350型(江苏宜兴神鹰)。⑵温度、流量传感器布置为检测低温盐水去、回路温度，在盐水干管去、回路上安装热电偶温度传感器，测量去、回路温差。内径Ф60mm的流量传感器布置在地沟槽内，每个冻结器上留有接口，根据需要可随时测量每个冻结管的盐水流量，需4台。内径为Ф350mm的流量传感器布置在去路盐水干管上，需4台。7.2.8盐水漏失报警。使用多点巡检报警器对冻结站中所有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，一旦发现某一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。共需液位计5台。上级计算机7.3监测系统流程图（图5）上级计算机传感器人工测量数据采集器人工记录数数据交换器数据键盘输入入现场计算机输出结果优化和调整继续原设计设计与施工传感器人工测量数据采集器人工记录数数据交换器数据键盘输入入现场计算机输出结果优化和调整继续原设计设计与施工第八章、技术保证措施8.1预防及处理冻结管断裂深厚粘土层冻结井冻结关键在于如何防止冻结管断裂，根据附近金桥、花园及梁宝寺、济西等国内外深厚表土层冻结矿井经验教训，并结合霄云主、副井实际，采取以下防断管措施：⑴先从设计入手，科学合理的设计冻结壁厚度、冻结壁平均温度、井帮温度及冻结管布置方式。⑵采用靶域施工，防止冻结管向内偏斜值过大。A．钻孔垂直度：钻孔垂直度：300m以上钻孔偏斜率≤2.0‰；300m以下按靶域施工,靶域半径0.7m,冻结孔向内偏斜≤300mm。最大孔间距表土段：外圈孔≤2.5m，中圈、内圈、防片孔按偏斜及靶域要求；基岩段≤4.5m。以上条件必须同时满足B．孔位偏值：径向向外0～25㎜，切向±25㎜。C．钻孔深度必须保证冻结管下管深度不得小于设计深度0.5m。⑶通过有效监测方式，确保掘至深厚粘土层时，冻结壁有效厚度、强度达到设计和施工安全要求。⑷根据冻土试验资料，在抗压强度低、蠕变变形大的粘土层采用小段高、减少井帮暴露时间的方式快速通过，通过后迅速套筑内壁。⑸加强冻结壁位移、井帮位移监测，及时确定合理的掘砌段高和暴露时间，严格控制冻结壁内表面位移量，使其小于50mm。⑹在通过深厚粘土层前，降低盐水温度达到-33℃左右，降低冻结壁平均温度，强化冻结，提高冻结壁强度。⑺严格控制冻结管材质量，选用20#优质低碳钢无缝钢管(GB8163—99)；选用大直径、厚皮冻结管，规格为φ140×6、φ159×7㎜，确保冻结管的韧性和强度。⑻冻结管采用内衬箍坡口对接焊，接头强度提高达30%，达到母材的90%以上。⑼减少冻结管温度应力A．开机运行至盐水温度降到-2℃左右，运转3～5天，让冻结管在泥浆还未冻结未及抱住情况下，充分自由收缩。然后盐水骤然降至-8℃以下，让冻结管在短时间内急速收缩。这样冻结管1/2收缩量为自由状态收缩量，拉应力远小于钢管抗拉强度，为安全状态。B．配管时，有意错开接头位置，使所有冻结管接头的2/3不在同一水平上，上下错开3～5m，也可避免应力集中。⑽盐水循环措施：深厚粘土层冻结的关键在中、下部冻结壁厚度、强度能否满足施工要求，为此在施工中主孔、辅助孔盐水始终采用正循环，优先加强中下部冻结；防片孔采用反循环。⑾加大盐水流量，降低盐水温度采用大流量、高扬程盐水泵，加大盐水流量，向井下输送更多的冷量。提高设备运转效率，加快盐水降温速度，从而加快冻土发展速度，提高冻结壁强度。⑿加强盐水箱水位观测，并设置报警装置，及时发现因冻结管断裂引起的盐水漏失。⒀必要时冻结孔采用单孔回液方式，既可直观检测冻结孔盐水流量，便于在冻结管出现断裂、供液管及回液管堵塞时，及时查明哪个孔出现问题，采取处理措施；又能减少回液阻力，提高盐水流量；⒁准备好2个孔的套管，以备急需。8.2冻结管下放由于霄云主、副井表土层厚度大，粘土层埋藏深且单层厚度大，在粘土层钻孔可能缩径，为提高冻结管下放质量和速度，采取以下措施加快冻结管下放：⑴冻结管在地面两两对焊，增加节长（≤18m），减少井口焊接时间；⑵改造钻机钻架，钻架高度≥24m，确保冻结管提升高度；⑶提前将下放冻结管运到钻机附近，减少额外作业时间；⑷采用自动抱卡，加快井口作业时间；⑸冻结管随下随注水，提高冻结管自重；⑹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。⑺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。⑻项目部组织对冻结孔进行逐孔二次复核试压，试压要求同初次打压，此时由公司组织有关人员对冻结孔抽查验收。8.3井筒开挖条件⑴水文孔有规律上升并溢出地面后7～10天；⑵根据测温孔温度推算，所有含水层的冻结壁已全部交圈。⑶按不同水平、不同地层的冻结速度以及冻结壁的平均温度推算，在井筒掘砌过程中，每一水平的冻结壁厚度和强度均能符合设计要求。⑷先期施工锁口的并揭露地下水位的井筒，井筒水位有规律上升并高出井筒周围小井自然地下水位500mm以上。8.4冻结与掘砌配合⑴冻结为掘砌提供A．足够厚度和强度的冻结壁抵抗外力，封堵住动水流砂，控制冻土蠕变，确保井筒掘砌施工安全。B，冻为掘服务，确保安全、可靠，创造最佳掘砌施工条件。⑵掘砌为冻结确保A．试挖段高≤1.5m，控制层及深厚粘土层段高≤2.0m，空帮时间小于24小时，必要时段高和暴露时间还要缩小。B．基岩段放炮时严格限制周边眼深度、角度及总体装药量，严格按规范执行。放炮时应通知冻结站，加强盐水观测，防止震断冻结管泄漏盐水。C．掘砌中水文孔上端加盖，不可人为堵塞，保护好水文孔畅通无阻。D．为冻结检测人员下井提供方便条件，保证正常检测。8.5冻结站安装、运转安装期间严格执行《冻结站安装施工措施》及有关规范标准；安装完成后要对整个系统进行严格的试压试漏、抽真空，确保整个制冷系统不泄漏。运转期间严格按《冻结站制冷系统运转操作规程》执行。8.6水文孔、测温孔技术要求⑴水文孔：花管位置一定要下到层位，花管部位先包一层塑料纱窗布再包二层棕皮，外裹一层25目铁纱布，每隔100㎜用18#铁丝缠捆一道，再每隔1m用10#铁丝扎一道。⑵扩孔时选用大于水文管50㎜的钻头扩孔、泥浆稍稀，冲洗干净，待水文管下到底，再下一趟岩芯管，注入清水冲洗水文孔。⑶测温孔施工要求同冻结钻孔，因测温管不打压（决不能灌水）焊接质量要严格保证，不能渗漏。8.7合理化建议8.7国内外深厚粘土层冻结施工经验表明，在深厚粘土层中掘进段高和暴露时间的控制尤为关键，特别是那些含水量低冻结难度大、冻胀量大、膨胀性强的粘土层，应按设计和安全规范要求的段高和暴露时间掘砌，确保冻结壁变形量在控制范围之内。8.7对霄云副井这样的超深厚表土冻结井，为保护外壁的养护质量和冻结壁的有效冻结时间，应根据冻结监测的实际情况确定开挖时间和掘砌指标，不宜追求早开挖和高速度。8.7在冻胀量大、膨胀性强、难冻结的深厚粘土层中，外壁施工后土层继续冻胀和回冻是不可避免的，单靠延长冻结时间，把冻结壁井帮温度降到很低，减少冻胀是不现实的，为减少冻胀和冻结壁变形对外壁的破坏可采取添加早强剂等措施提高外壁混凝土早期强度，抵抗因冻结壁变形和土层冻胀对外壁造成的压力。8.7第九章安全、文明、环保 9.1安全生产9.1.1安全目标负伤率零，重大机电事故率零，杜绝火灾、爆炸等事故9.1.2安全保证措施⑴安全管理措施①坚持“安全第一”的方针不动摇，做好各项预防工作。②实行安全生产责任制，专人负责，建立健全各项安全规章制度，切实严格执行。③建立安全保证体系，使之有效运行。④抓好安全教育、技术培训，工作人员必须持证上岗。⑤设立专职安监员，建立安全检查制度、奖惩制度，真正做到齐心协力、齐抓共关。⑥认真贯彻霄云矿井、新陆公司各种安全措施，并落实到实处。⑦设备要加强维修和保养，保证设备完好率及其运行安全。⑧加大安全投入，保证安全设施、设备完好，安全警示牌放在醒目位置。⑵冬雨季施工措施①冬季施工措施A．混凝土施工时应提高入模温度，必要时添加防冻剂。B．职工劳保用品及时发放，做好防冻、防滑工作。C．清水系统停止运行时应放出管路、设备中的水，防止冻裂。D．冬季取暖时应做好防火工作。②雨季施工措施A．除沟槽外，其它临时设施内地坪均要高于室外地坪，并考虑当地水位，防止进水。B．各种防洪、排水设施、设备齐全，做到有备无患。C．临时设施、冻结机房、生活住房等应做好防渗、防漏、防水（如地沟槽、盐水干管沟槽等）。D．各种电器设备必须做好防雨、防水处理。E．避雷装置、设施完善试验合格，以防雷电。F．室外施工时戴好雨具，以防引发疾病。9.2文明施工9.2.1认真执行霄云矿井及新陆公司关于文明施工的标准及管理制度，展现企业文明形象。9.2.2施工场地管理措施⑴建立健全各种规章制度、岗位责任制，项目部专人负责。⑵严格按设计施工，不准乱搭乱建。⑶冻结站安装必须严格按图施工，管道、阀门布置在满足工艺要求的情况下要整齐美观，标志清楚。⑷施工设备刷漆一新，排列整齐，标志牌按规定悬挂齐全。⑸材料堆放要整齐，标记要清楚。⑹生活区、临时设施布置合理，统一规划。⑺各种宣传牌匾排列整齐、统一悬挂。9.3环境卫生及环境保护9.3.1环境目标废旧材料回收率100%；采用蒸发式冷凝器实现冷却水循环使用确保无液氨泄漏污染事故；施工结束后，液氨全部回收，确保无污染。9.3.2环境卫生管理措施⑴加强环境保护、环境卫生的宣传教育。⑵落实门前三包、责任到人，实行环境卫生责任制。⑶做好“废水”、“废料”的处理工作。⑷保护各种公共设施安全。⑸采取有效措施消音、隔音，尽可能减少噪音污染。⑹做好卫生保健工作，防止各种疾病。9.3.3环境保护措施⑴氨系统严格试压试漏，谨防泄漏造成空气污染，以防慢性中毒。制定泄露应急措施，停止运转后剩余液氨尽可能回收。⑵冻结孔施工废弃泥浆指定专门地点排放，防止污染周围环境。⑶冷却水排放冻结冷却水不含任何污染，尽管如此仍应经常观察，控制排放水质量，避免造成不必要的环境影响。⑷盐水处理氯化钙盐水在冻结工程结束后，对其进行妥善的处理，避免造成环境的污染。⑸施工中尽量避免挖土方和大量抽水影响周围建筑、结构，不得已时，制定相应措施确保周围建筑物稳定。第十章附图、表附表1霄云主、副井冻结大临工程项目明细表序号单项工程名称单位工程量（m2）施工单位一打钻工程M/孔67941/1631灰土盘项22下冻结管M/孔63306/1513下测温管M/孔3510/84下水文管M/孔11255下供液管M63308二工业建筑大临M274251冻结机房M2长120×宽60=72002交接班室M2303仓库及机电焊修室M2604材料棚M21205测温室M2156水源井口27清水池项18冻结站设备基础项9盐水干管沟槽砌筑项210地沟槽砌筑项2项11排水沟砌筑项待定12三民用建筑大临M21生活区占地面积M2长60×宽50=30002M2附表2霄云主、副井冻结站主要冻结施工设备表序号名称型号单位数量性能备注1压缩机PLG25ⅢTA台152压缩机KA20CBY台153蒸发器LZ—240台304中冷器ZL—10台105氨油分离器YF—200TL台86氨液分离器AF—1400台207氨贮液器ZA—5.0台58蒸发式冷凝器EVX—Ⅱ—340台159虹吸罐UZA1.0台310集油器YF—100（代）台411空气分离器KF—2台412滤油机台213油泵台214变压器S9-2500KVA10/0.4台215变压器S9-1600KVA10/0.4台416盐水泵12SH—6A台617恒温干燥箱H12台118电动水压泵台419潜水泵25M3/h台420电动坡口机台421井用潜水泵250QJ100—18/1台223井用潜水泵250QJ88—80/8台224附表3霄云主、副井冻结站压缩机运转台班表井别运转方式配组盐水温度(℃)运转时间(d)备注PLG25ⅢTA15台KA20CBY15台主井单级KA20CBY7台正温3双级PLG25ⅢTA7台KA20CBY7台～-15～-28～-34232开机85天试挖掘砌至421m双级PLG25ⅢTA5台KA20CBY5台～-2535掘砌至460m套壁正常副井单级KA20CBY7台正温3双级PLG25ⅢTA8台KA20CBY8台～-15～-28～-34230开机85天试挖掘砌至404m双级PLG25ⅢTA5台KA20CBY5台～-2537掘砌至460m套壁正常霄云煤矿主、副井冻结设计方案兖矿集团新陆公司2005年9月目录TOC\o"1-3"\u第一章项目摘要 31.1项目基本情况 31.2建设目标 31.3建设内容及规模 41.4产品及去向 41.5效益分析 4第二章项目建设的可行性和必要性 52.1建设的必要性 52.2建设的可行性 52.3编制依据 62.4编制原则 9第三章项目建设的基础条件 93.1建设单位的基本情况 93.2项目的原料供应情况 103.3地址选择分析 10第四章产品 114.1沼气 114.2沼气产量确定 124.3有机肥 134.4产品去向 13第五章沼气工程工艺设计 145.1工艺参数 145.2处理工艺选择 145.3工艺流程的组成 155.4厌氧处理工艺选择与比较