设计 武文龙.doc

1、河南理工大学本科毕业设计（论文） 摘要I摘 要本设计的主要目的是介绍神龙矿区立井井筒设计和施工组织方案设计。设计内容一共分为五章，分别为：第一章主要介绍国内立井井筒施工的发展历程，包括：设计理念的形成、实践，在我国的引进发展，和对更深层次设计思想的探索等。第二章主要介绍神龙矿的工程概况，水文地质概况，和主井的主要技术参数，为而后的设计提供必要的数据储备。第三章是立井的井壁设计，主要包括：设计依据，井壁结构的选择，井壁荷载，井壁厚度的设计计算，可缩装置的设计计算，配筋计算等。冻结壁厚度的计算，采用多姆克强度理论和经验公式计算结果的平均值，来比较得到。冻结壁平均温度的计算,由于岩体平均温度计算公式

2、是适用在单排管冻结下的，而实际主井的冻结方案是三排管的差异冻结，因此最后的计算平均温度与实际设计平均温度有出入。第四章是井筒的强度验算，主要包括内外壁的强度验算和配筋验算。第五章是总结，包括毕设设计和致谢。关键词：立井；施工；井壁；方案设计河南理工大学本科毕业设计（论文） AbstractIIAbstractSummary of the main purpose of the project is to introduce the shenlong mine shaft design and construction organization design. Design content is

3、 divided into five chapters in total, are as follows: Chapter I focuses on mine shaft construction in Chinas development process, including: design concept formation, practice, introduction of development in China, and for deeper exploration of design ideas. Chapter II focuses on project overview of

4、 the shenlong mine, hydrological and geological survey, and main technical parameters, and designed to provide the necessary data of the reserve. Chapter III is the design of shaft lining, including: design considerations, selection of shaft lining structure and wall loads, design and calculation of

5、 wall thickness, shrinking device design, reinforcement calculation, and so on. Calculation of thickness of frozen wall, with Sam gram strength theory and empirical formula calculation results, on average, to be. Calculation of average temperature of frozen wall, due to the average temperature of ro

6、ck formula is applicable under the single pipe freezing, but the actual difference programme is three main shaft freezing pipe freezing, so the final calculation of average temperature and average temperature different from actual design. The fourth chapter is a strength check of the shaft, includin

7、g intensity checking computation and reinforcement calculation of the inner and outer walls. The fifth chapter is summarized, including set design, and thanks.Keywords: Vertical shaft；Construction；Shaft lining ；Sheme design 河南理工大学本科毕业设计（论文） 目录i目录摘 要 .IAbstract.II引言 .1第一章 概述 .11.1 我国建井发展概况 .11.2 国外冻结

8、法凿井的研究现状 .31.3 我国冻结法立井施工技术发展历程 .41.4 深井施工需要研究的几个课题 .61.4.1 深井支护技术 .61.4.2 通风降温技术 .61.4.3 防水、治水技术 .71.4.4 施工工艺与装备技术 .71.5 深厚冲积层冻结凿井技术现状及存在问题 .71.5.1 冻结壁的计算 .71.5.2 冻结温度的计算 .81.5.3 冻土抗压强度试验 .81.5.4 冻结壁变形 .91.5.5 外圈孔外侧冻结壁扩展范围 .91.5.6 其它方面的问题 .9第二章 赵固二矿主井设计概况 .112.1 矿区概述及地质特征 .112.1.1 矿区概述 .112.1.2 地质构造

9、 .122.2 主井工程地质概况 .142.2.1 地层 .142.2.2 构造 .17河南理工大学本科毕业设计（论文） 目录ii2.2.3 水文地质 .182.2.4 冻土试验 .21第三章 赵固二矿主井冻结方案 .253.1 冻结深度的确定 .273.2 冻结方案 .273.3 冻结施工制冷参数设计 .273.3.1 冻结壁厚度设计 .273.3.2 粘性土层安全掘进段高校核 .293.3.3 冻结壁平均温度的计算 .293.4 冻结孔布置 .313.5 冻结孔施工质量要求及控制 .363.5.1 钻孔质量要求 .363.5.2 钻孔施工要求 .363.6 测温孔、水文孔设计及冻结管材 .

10、373.6.1 测温孔深度与数量 .373.6.2 水文孔布置 .373.6.3 冻结管材选择 .383.6.4 积极冻结期估算 .393.7 施工期间其它辅助工序设计 .393.7.1 氨系统施工设计 .393.7.2 盐水系统设计 .413.7.3 盐水泵选型 .433.7.4 氯化钙用量计算 .433.7.5 清水系统施工设计 .443.7.6 供电系统设计 .443.8 隔热层施工设计及井筒开挖条件 .453.8.1 隔热层施工设计 .45河南理工大学本科毕业设计（论文） 目录iii3.8.2 井筒试挖条件 .46第四章 井筒工程施工方案 .474.1 井筒冻结段掘砌施工方案 .484

11、.1.1 锁口施工 .484.1.2 表土开挖条件 .494.1.3 挖掘方式 .494.1.4 掘砌作业方式和掘进段高 .504.1.5 砌壁施工 .514.1.6 冻结与掘砌的配合 .524.1.7 夹层注浆 .534.2 井筒基岩段掘砌施工方案 .534.2.1 井筒基岩段作业方式的选择 .534.2.2 井筒基岩段防治水方案 .554.3 井筒掘进工作应注意的几个问题 .554.3.1 掘进段高的确定 .554.3.2 掘进中遇见的问题及预防处理措施 .57第五章 冻结运转工期排队及劳动组织 .595.1 工期排队 .595.2 防治水措施 .615.3 防治瓦斯措施： .615.4

12、其它安全措施 .62结论 .63参考文献 .64致谢 .65河南理工大学本科毕业设计（论文） 引言1引言在我国煤炭相对于石油、天然气属资源赋存比较丰富的能源，在一次能源结构中占 70%左右。我国煤炭资源埋藏深度在 10002000m 的约占总储量的53.2%。随着我国国民经济建设的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，对能源需求越来越大。目前，我国能源仍有 70%依赖于煤炭。我国煤炭资源丰富但煤炭生产的缺口很大，煤炭深部资源开采问题日益突出，建设一批新的大型、特大型矿井已是我国经济建设和发展的必须。本设计的主要研究了建井工程中的井壁设计。文中：立井的冻结壁设计主要包括：井壁结构的选择，井壁荷载，井

13、壁厚度的设计计算，可缩装置的设计计算，配筋计算等。井壁厚度的计算，采用多姆克强度理论和经验公式计算结果的平均值，来比较得到。井壁平均温度的计算，主要是利用岩体平均温度的计算方法。河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 概述1第一章 概述1.1 我国建井发展概况我国煤炭相对于石油、天然气属资源赋存比较丰富的能源，在一次能源结构中占 70%左右。建国以来共生产煤炭超过 350 亿吨。而我国煤炭资源埋藏深度在 10002000m 的约占总储量的 53.2%。 （图 1-1）图 1-1 我国煤炭资源赋存深度随着我国国民经济建设的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，对能源需求越来越大。目前，我国能源仍有

14、 70%依赖于煤炭。煤炭生产的缺口很大，煤炭深部资源开采问题日益突出，建设一批新的大型、特大型矿井已是我国经济建设和发展的必须。经过几十年的发展，煤炭深部资源开采问题日益突出，特别是 20 世纪 90年代中期以来，深井建设的平均深度有加速增长的趋势，根据不同时期前 5 位深井平均的深度统计，70 年代为 583.6m，80 年代为 615.4m，90 年代前 5 年为 679.5m，后 5 年为 815.3m。进入 21 世纪，开始了几个千米井的兴建，我国新建深井平均深度已超过千米。但在新井建设中，首先面临着井筒穿越深厚不稳定表土地层的技术难题。尤其在山东、安徽、河南、河北等省，表土覆盖层较薄

15、的煤田已经开采，新建河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 概述2矿井的煤层都处于深厚表土地层的覆盖之下。例如淮南地区丁集矿 530m、顾北矿 463m、板集矿 580m、口孜东矿 590m、展沟矿 620m、口孜西矿 680m；淮北的涡阳矿区在 410m 以上；河南的薛湖矿井 410m、程村矿 430m、赵固矿522m、赵楼矿 471m；山东的济西矿 458m、梁宝寺矿 480m、龙固矿 567. 7m，郭屯矿 587m(冻结深度 702m)，万福矿井表土达到 700m，口孜东矿冻结740m 等等。煤炭资源开发由浅部向深部发展是客观的必然规律，德国和原苏联的一些矿井采深达 14001500

16、m，加拿大超过 1000m 的矿井有 30 座，美国有 11 座。他们在建设过程中也同样遇到了深部矿井开发所特有的一些技术难题，有些已经得到较好解决。在深厚冲积层特殊凿井技术方面，德国、英国、波兰、加拿大、比利时等国家冻结法凿井深度均超过 600m，煤矿中冻结深度最深的波兰的鲁布林煤矿一号井，冻结深度达到 725m。国外钻井法用于施工类似我国地层条件的井筒不多，比较典型的有，德国钻机在荷兰施工的煤矿，深 512m，钻井直径 7.65m ；美国钻机在澳大利亚西部的阿格纽镍矿岩层中，钻成一个直径 4.267m，深 663m 的风井。近年来我国在深井开发建设中，先后完成了淄博唐口矿同一井场 3 个超

17、千米井（筒）的建设，研究开发了邢台邢东矿深井“三同时”快速凿井新技术以及新汶龙固矿 4 个近 600m 深厚冲积层特殊凿井工程，都属国际深井建设的先进水平。在巷道支护、深部动力灾害和深井降温等方面，通过引进国外先进技术，也取得了长足进步，但由于我国地质条件复杂，在解决深井快速建井技术上，还需结合我国的地层特点，深入系统的研究。1.2 深井施工需要研究的几个课题1.2.1 深井支护技术井深地压大，岩石软岩化，致使一般支护技术难于适应，在国内几个超千米深井的实践中，总结出一些富有特色的深井支护方法。但系统地归纳成规律性，还有待进一步深化。对于深厚冲积层的支护问题就更为突出，深 600m 左河南理工

18、大学本科毕业设计（论文） 第一章 概述3右冲积层冻结法施工净直径 67m 的井筒，井壁总厚度一般都超过 2m，随着深度的增加，井壁加厚不但造价高、施工困难而且结构不合理，因为厚壁井筒结构的厚径比大于一定值后，材料效率急剧下降；钻井法凿井由于受悬浮下沉安装基本工艺的限制，井壁太厚浮不起来，就失去了钻井法实施的可能性。因此， “结构创新 ”将成为深厚冲积层特殊凿井支护技术发展的关键。1.2.2 通风降温技术井深地温升高，劳动条件差，设备使用效率低，因此在深井掘砌施工中，加强通风降温技术的研究，就显得格外突出。另一方面，地温升高将增加了冻结法施工对冻结壁维护的困难以及钻井法施工中造成泥浆发酵而失效等

19、问题，都是实践中屡次遇到的现象，是深井特殊施工需要解决的新课题。1.2.3 防水、治水技术随着井深加大，地层构造一般比较复杂，含水层水量大、压强高，水的治理往往是深井施工的大问题，成为制约施工安全和质量管理的瓶颈。采用注浆方法，仍是深井岩石层治水的有效方法。国内外也有采用地层冻结的方法来解决局部水的问题，如我国山东郭屯矿冲积层厚 583587m ，井深 853884m ，由于靠近冲积层的岩层水大，采取加大冻结深度到 702m 的方法来解决该层水的问题。1.2.4 施工工艺与装备技术为提高深井建设水平，除上述专项技术外，关键在于提高施工机械化水平。近年来通过引进学习国际上先进技术的基础上，研究开发了适合我国条件的深井掘砌工艺和机械设备，取得了较大的进步。山东龙固、郭屯，安徽丁集、板集的深厚冲积层特殊凿井技术。都取得了一定的经验，并有所突破和创新。上述成绩，虽然总体上还处于起步阶段，尚未形成一套完整的适合我国煤矿深部矿井开发的先进理论、施工工艺和设备，在建井界的共同努力下，经过“十一五”期间的协同攻关，在 10001500m 深立井综合防治水、井筒凿砌施工工艺与技术装备研究，深井支护以及深厚冲积层冻结法和钻井法凿井技术等各河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 概述4方面再上一个新台阶，使我国深井快速建井综合技术跃居世界前茅是完全可能的。