东周窑矿主斜井管理工程技术参数探讨.docx

东周窑矿主斜井管理工程技术参数探讨 摘要：针对东周窑矿主斜井需穿富水含水表土施工，设计了冻结施工技术与参数，现场监测了钻孔盐水系统温度、筒壁冻结岩层温度、井筒变形。监测结果表明筒壁岩层冻结效果良好，井筒变形在允许范围内。 长期以来，煤炭一直是我国的主体消费能源1 工程概况东周窑矿设计年产量1000万t，井田地处山西黄土高原向内蒙古高原的过渡地带，属晋西北低山丘陵区，为黄土丘陵地貌，地形起伏不大，冲沟发育，地势南高北低，一般海拔标高1300～1500 m。矿井计划布置主斜井、副斜井、副立井及中央回风立井四个井筒。其中，主斜井布置于矿井工业场地东北约300 m处的选煤厂内，井筒倾角16°，净宽5.0 m，净断面16.6 m(1)第四系松散含水层。位于河床漫滩及两岸一、二级阶地区，厚度为0.6～11.31 m。含水层由砂土，砾砂等组成，透水性较强，单位涌水量为1.21～2.47 L/s·m。(2)碎屑岩含水层。岩性为中、粗砂岩、含砾粗砂岩，含水微弱，富水性差。其中侏罗系大同组可采煤层已普遍开采，开采中矿井排水改变了地下水的补给排条件，天然流场发生了改变。(3)岩溶裂隙含水层。为富水程度极不均匀的承压含水层，在岩溶裂隙发育地带，富水性极好。(4)风化壳含水层。不分地层时代而与地形相关，接近地表30 m之内，岩石呈强风化—微风化，风化裂隙发育，岩石破碎，易接受大气降水补给和地表径流补给，靠近河岸，含水性中等，单位涌水量一般在0.03～1.88 L/s·m。2 富水表土层井筒冻结施工技术由于主斜井井筒掘进断面大，斜长较长，技术难度相对较大，加之岩层地下水丰富，与地表水有直接联系，因此，解决好东周窑矿表土层是冻结施工技术的关键所在。主斜井表土段采用冻结施工技术，基岩段采用普通施工方法。表土段施工参数见表1。主斜井133.4～421.75 m段采用冻结施工技术，根据井筒断面与地质资料，设计采用分段钻孔、分段冻结的方法进行施工，保证钻孔、冻结、掘进、砌碹等工序连续。设计每60 m为一段，共计5段。第1段冻结30 d后第2段开始冻结，冻结60 d后第1段开始施工，依次完成5段冻结施工。共设计5排冻结钢管，778个冻结钻孔，33个温度测量钻孔，钻井量共计71 800.89 m。具体冻结施工技术参数如表2。(1)在地面施工垂直钻孔，钻孔由浅入深。边排孔最浅、最深深度分别为41.554 m、122.289 m，中排孔最浅、最深深度分别为41.554 m、122.449 m。其中，中排孔穿过井筒断面，穿过井筒区域的钢管应进行必要的隔热保温措施。(2)冻结期盐水温度设计为-30～-32℃，井筒顶板冻结岩层平均温度设计-10 ℃，两帮和底板设计-8 ℃。(3)井筒顶板冻结岩层厚度设计为8.0 m，两帮冻结岩层厚度设计为2.5 m，底板冻结岩层厚度设计为5.0 m。(4)井筒顶板冻结采用Φ89 mm×5 mm无缝钢管，底板冻结采用Φ133 mm×5 mm无缝钢管，两者之间采用变径管相连。3 现场应用冻结施工技术应用后，及时进行了现场监测，主要包括冻结状态信息和井筒变形监测。冻结状态信息主要采用盐水系统监测，同时还监测了筒壁冻结岩层的温度；井筒变形监测主要监测了顶底板及两帮的变形收敛情况。现场盐水系统监测反馈，冻结技术施工过程中，系统运转良好，各钻孔盐水循环正常。图1给出了某一冻结基站盐水温度变化曲线。如图所示，盐水系统中去路温度-25 ℃，与回路温差1 ℃，表明该区段表土层已形成基本冻土层，每增加一路冻结钻孔，温度略微增加，后期盐水温度大概保持在18～20 ℃之间。图2给出了某一侧孔筒壁冻结岩层的温度变化曲线。如图所示，侧孔附近的岩层温度在0 ℃左右，具备良好的开挖条件。同时，现场开挖显示，筒壁岩层冻结效果良好，未出现漏水现象。图3和图4分别给出了井筒掘进后顶底板和两帮的变形曲线。由图可知，顶底板变形主要发生在开掘35 d内，最大变形量约7.3 mm。变形初期(0～6 d)，变形速度相对最大，约0.67 mm/d；变形中期(6～15 d)，变形速度减缓，约0.45 mm/d；变形后期(25 d后)，变形趋于稳定。两帮变形主要发生在开掘30 d内，最大变形量约23 mm，同比顶底板变形有明显增加，但其稳定时间有所减小。变形初期(0～12 d)，变形速度相对最大，约2.2 mm/d；变形中后期(12～20 d)，变形速度相对减缓，约0.38 mm/d。4 结论东周窑矿主斜井穿过富水岩层采用冻结施工技术，设计了冻结施工技术与参数，并进行了现场应用与监测。钻孔盐水系统温度、筒壁冻结岩层温度、井筒变形等监测结果表明，筒壁岩层冻结效果良好，井筒变形