风井冻结施工组织设计

冻结管规格200以下φ159×㎜，200以上φ159×。供液管规格φ75×6㎜。12

冻结孔偏斜及最大孔间距

m

表土段钻孔偏斜率≤2，基岩段钻孔偏斜率≤3‰,向内最大偏值为0.4但防片孔不许向内（井心方向）偏斜；最大孔间距表土段：主圈孔≤

m,m，基岩段≤2.4

m，腿孔间≤3.5m.辅助孔、防孔按偏斜要求；

测温孔水文孔

m/个m/个

441.5/2360/1179/1

419.5/2、360/1179/1

规格φ89×5㎜水文管1085

钻孔工程量井筒需冷量冻结站标准制冷量

m10Kcal/h

26647314.91020

26163309.41002

5281018

盐水温度

℃

-25～-32

工期造孔地沟槽开机至试挖试挖至开挖开挖至停机

dddddd

33073107515157

32572107515153

每井5台机，单台进尺2200m/月试挖20m要求成井月，外进尺104m/月11.1

工程概矿井概XX集团XX井田位于河南省市西南，北邻城郊井田，南与安徽省接壤。行政区划、马桥三乡管辖，其地理坐标为东经116°13′34″~116°18′07纬33°47′21″~33°53′58″。本井田处于华北平原与黄淮冲积平原的交接部位，地势平坦，自西北向东南略有倾斜，地面标高一般在+31～+33m相对高差2m左右。井田中部的XX乡距XX市区16km，东北距陇海、津浦线交汇站徐州118km，北距陇海铁路商丘站114km，西距京九铁路亳州站。东距徐（州）阜（阳）铁路的百善站48km矿区铁路专用线已投入运营；永（城）涡（阳）公路纵贯井田，乡村道路四通八达，交通方便（详见图1-1该矿井设计生产能力1.2Mt/a，服务年限56.6年。井田地质储量万吨，可采储量9515.2万吨。矿井设计采用立井单水平上下山开拓，当前开采水平标高为-550m，-550m水平轨道运输大巷和胶带运输大巷布置于煤层顶板岩石中。XX井田交通位置图

图1.2

气候、象与地震本井田属暖温带季风气候区冬季寒冷雨雪少春季干旱风沙多夏季炎热雨量充沛，秋季晴和，日照充足。年平均气温在14℃左右，年平均降水量850.65mm年平均蒸发量1742mm。蒸发量大于降水量左右。降水多集中在。降雪及冰冻期为每年月初至翌年3月，最大冻土深度。地震：XX县境内自有史料记载以来，没有4.7以上地震的震中分布，但本区地处华北地台东南边缘，靠近郯卢断裂地震活动带，受邻区地震影响比较频繁，最大地震烈度为六度。1.3井筒主技术特地面自然标高为+31.5m，井口标高为+34.5m，表土层厚度340m，进风井深419.5m，落底标高为-385m水平位于煤层顶板距二2煤层回风井深409.5m落底标高为-375m水平，位于煤层顶板，距二煤层10m。详情见表1—1井筒主要技术特征表表1－1序号

名

称

单位

南翼进风井

南翼回风井

井口坐标

纬距经距Y

39430617.000

39430671.000

井口标高井筒深度

+34.5

+34.5

井筒直径砌壁

掘进厚度材料

净以以以以冻结段基岩段

5.07.95/7.8/6.2钢筋砼钢筋砼

5.07.95/7.8/6.2钢筋砼钢筋砼

表土层厚度冻结深度

井筒装备

梯子间、压风管、注浆管22.1

井筒地特征井筒工地质特征XX煤矿所处井田区为全掩盖区，其基岩地层均隐伏于新生界地层之下，新生界地层厚度为344.38m（根据井检钻孔实际揭露井检钻孔的地层由新到老穿见有：第四系全新统（）及更新统（近系上新统(N2)、中新统(N1)、二叠系下统山西组P1s炭系上统太原组（C3t分述如下：1、第四系（Q）全新统（31.77m，顶部为耕植土，中上部为黄褐色、褐灰色砂质粘土和杂色粘土，底部为褐黄色砂质粘土，局部含泥质及钙质结核。含大量姜结石和小砾石。更新统（Q1-3100.10m，上部为杂色粘土、亚粘土，中下部为砾石及棕黄色～黄褐色粘土、砂质粘土夹多层黄色细砂及中砂层。底部为黄褐色～灰褐色细砂和砂质粘土。砾石层砾径范围为5～30mm右，分选较差。本层穿见砂层3层，共7.91m与下伏地层平行不整合接触2、新近系（N）上新统（68.99m，由土黄、灰黄、灰绿色亚粘土，粘土组成，夹黄棕色亚砂土、细砂层透镜体。粘土层较厚可塑性强。本层穿见砂层层，共计27.60m。与下伏地层平行不整合接触。中新统（N1143.52m，上部由灰黄、棕黄、土黄色中-细粒砂层、灰黄、土黄、灰绿色亚粘土，粘土组成，含铝土质。下部以黄、灰绿色粘土为主，含铝土质和石膏晶体，夹细砂、粉砂质透镜体。底部发育一层灰白色钙质亚粘土，局部已成岩。与下伏地层不整合接触。3、二叠系下统山西组（P1s）本孔穿见山西组地层103.99m，由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、煤层及中-细粒砂岩组成。穿见煤层2层，分别为二上煤层（厚2.48m）及二2煤层（2.16m二2煤层以上地层以砂岩为主，次为粉砂岩、砂质泥岩，上部见有含菱铁质鲕粒铝质泥岩。2煤层以下地层以粉砂岩、砂质泥岩为主，2煤层底板砂岩中多含菱铁质结核，且夹粉砂质、泥质条带，呈明显的水平及缓波状层理。与下伏太原组地层整合接触。基岩风化带处于山西组顶部，与新生界地层呈不整合接触，厚度为（伪厚底板深度分别为344.38，标高为313.348～，其岩性为主要为粒砂岩、泥岩，局部夹砂质泥岩，厚层状，裂隙发育，岩芯完整度差，值为41～74%。4、石炭系上统太原组（C2t）本孔揭露太原组地层18.80m。穿见L12灰岩（厚2.73m上为深灰色、灰黑色海相砂质泥岩（厚8.22m以此海相泥岩顶界为太原组与山西组的分界。据以往资料显示，该组地层平均厚度138.87m与下伏本溪组整合接触。详见井筒检查孔工程地质柱状图井筒检查孔工程地质柱状图序

统

地层

层厚

累计厚系

岩性描述号

/

名称

/m

度/m1

无芯钻进。

8.00

8.00黄色、褐黄色，可见植物腐蚀物，中下部可见大量浆结石。岩芯较松散、破2

黄土

3.3911.39碎。褐黄色、黄色，局部略含砂质，中上部可见浆结石小团块，岩芯粘性一般，3

粘土

20.3831.77全新

砂质

较完整。灰黄色，含砂质不均匀，局部为粘土薄层，底部可见少量浆结石，上部岩芯4

2.8434.61统Q

粘土

较破碎。

粘土砂质粘土粘土

灰黄色，局部可见少量深灰色腐蚀物，中上部含砂质。黄色褐黄色含砂质不均匀，局部含砂量较高含粘土质岩芯较松散。全层岩芯较完整。灰黄色，局部含砂质为砂质粘土，中下部可见少量浆结石。

13.3147.924.7952.7112.8265.53黄色、灰黄色，略含泥质成分，偶见白云母碎片。砂粒颗粒较均匀，岩芯松8

细砂

1.9567.48散。灰黄色，中上部含砂质为含砂质粘土，局部可见细小钙质团块，团块粘度不9

粘土

1.3568.83第

大，手捏即碎。上部岩芯较整状，底部岩芯松散、破碎。

四系

细砂粘土

灰黄色，局部含泥质，砂粒颗粒较均匀，岩芯松散，手捏即碎。褐黄色，上部含少量砂质，中下部质纯，岩芯粘性较大，岩芯整状。

1.7070.5316.3886.91Q

褐黄色、灰黄色，含钙质团块及燧石结核，局部钙质含量较高，岩芯细12

粘土

15.26102.17腻致密。孔深94.18m-95.52m含少量砂质，为含砂质粘土。灰黄色，质纯，含少量泥质。偶见性点状白云母碎片，孔103.50m可见13

更

细砂

4.26106.43石英飘砾。岩芯松散，手捏即碎。新14

粘土

灰黄色褐黄色局部可见钙质团块及燧石结核底部含砂质岩芯较完整。15.94122.37统15Q

砂质粘土

褐黄色，局部灰白色，含砂质不均匀，局部泥质成分含量较高，岩芯致密完整。

3.24

125.61灰黄色含铝土质成分局部含钙质团块及砂质岩芯细腻光滑粘性较大。16

粘土

6.26131.87底部岩芯具挤压滑面。灰褐色、灰黄色，局部含泥质成分，砂粒颗粒较均匀，偶见白云母碎片，岩17

细砂

15.07146.94芯松散，手捏即碎。灰黄色，含铝土质成分，岩芯细腻光滑，粘性较大。局部可见大量钙质团块18

粘土

18.23165.17砂质

及砂质。孔深可见卵石薄层。岩芯整状。灰黄色，局部含钙质呈灰白色，含砂质不均匀，局部粘土含量较高，顶部可19

0.90166.07粘土

见有钙质团块，岩芯较松散，底部含砂量渐增。灰黄色，局部含泥质，偶见白云母碎片，砂粒颗粒较均匀，顶部岩芯缺失严20

细砂

12.53178.60重，中下部岩芯松散，手捏即碎。灰绿色，顶部含砂质，岩芯致密光滑，粘性较大，顶部岩芯采取率偏低。底21

粘土

22.26200.86部岩芯可见挤压痕迹。灰绿色、灰黄色，含铝土质成分，岩芯细腻光滑，局部可见钙质结核，岩芯22

粘土

15.18216.04砂质

粘性较大，上部可见挤压痕迹。灰黄色、灰绿色，局部可见直径约砾，砂质含量不均匀，局部偏高。23

10.10226.14粘土

岩芯较整状。灰绿色，局部褐黄色，偶含砂质，岩芯较致密、细腻光滑，粘性较大。岩芯24

粘土

26.62252.76较完整。25

粘土

褐黄色夹少量灰绿斑中下部可见大量石膏晶体岩芯较松散粘性不大。7.50

260.26灰绿色局部褐黄色见钙质结核及燧石结核中上部可少量石膏晶体，

粘土砂质粘土粘土

局部偶含砂质。岩芯较完整，粘性较大。褐黄色，夹少量灰绿斑，含砂量较均匀，可见钙质结核及锰质结核。岩芯致密完整，粘性较小。褐黄色，局部灰绿色，偶含砂质，粘性不大。局部岩芯破碎。

28.61288.8711.40300.2731.86332.13黄褐色夹少量灰绿斑含大量钙质物及砂粒燧石结核砾石呈半胶结状，钙质29

上

砾石大小不一。岩芯硬度较大，俗称次生碳酸岩。中下部岩芯破碎，采取率12.25344.38粘土新统N

细粒

偏低。底部铁质侵染呈褐黄色。灰黄色、褐黄色，中厚层状，成分以石英为主，夹少量白云母碎片，钙质、30

新

泥质胶结，次圆状，分选性较好，发育似平行层理及波状层理。偶见垂直裂3.00347.38砂岩近系31N

泥岩砂质

隙，铁质侵染。岩芯风化严重，硬度偏低。为：42%灰色、灰黄色，厚层状，岩芯细腻光滑，含铝土质成分，中下部可见细小菱铁质鲕粒。偶见不规则裂隙，钙质物及铁质侵染。上部岩芯破碎值为4.0341%。浅灰色灰黄色厚层状砂质含量不均匀局部夹粉砂岩条带及泥岩条带。

351.4132

4.72356.13泥岩粉砂

发育不规则裂隙，钙质及铁质侵染。RQD值：74%浅灰色，局部灰黄色，厚层状，局部夹砂质泥岩条带，具不规则裂隙，钙质33

4.18360.31岩砂质

物充填，局部铁质侵染。RQD值为：43%。灰色、局部略显暗紫色，厚层状，含砂质不均匀，局部为泥岩条带，偶含铝34

土质成分，顶部可见菱铁质鲕粒。含少量植物化石碎片。发育不规则裂隙，7.18367.49中新

泥岩粉砂

钙质物及钙质薄膜充填，局部铁质侵染。顶部岩芯破碎。RQD值为：50%灰色，厚层状、中厚层状，含少量植物化石碎片。具不规则裂隙，钙质物充35

1.06368.55统N

岩细粒

填。岩芯整状。RQD值为：。灰色，厚层状、中厚层状，成分以石英为主，菱铁质岩屑呈定向排列，断面36

2.64371.19砂岩

可见性点状白云母碎片，顶部颗粒较细，往下渐粗。钙质胶结，次圆状，分砂质

选性中等，中下部具垂直裂隙，钙质物及黄铁矿粉晶充填。498#～∠9°。RQD值为：灰色厚层状含砂不均匀局部夹粉砂岩薄层及泥岩条带具不规则裂隙，37

2.96374.15泥岩细粒

裂隙面充填钙质物。RQD值为：。浅灰色，厚层状，成分以石英为主，岩屑次之，断面可见黄铁矿粉晶，38

钙质胶结，次圆状分选性较差，局部夹砂质泥岩条带。显示小型交错层理。1.44375.59砂岩粉砂

具裂隙，隙面充填钙质薄膜。RQD值为：灰色厚层状颗粒不均匀间夹砂质泥岩薄层显示交错层理底部39

5.05380.64岩砂质

颗粒渐粗，具裂隙，隙面充填钙质物。值为：灰色、浅灰色，中厚层状、厚层状，含砂不均匀，局部为泥岩薄层，底部含40

砂量渐增，中下部可见丰富的植物根部化石及植物化石碎片。发育不规则裂5.96386.60泥岩隙，钙质物及钙质薄膜充填。岩芯较完整。为：81%浅灰色、灰色，中厚层状，成分以石英为主，少量铁质岩屑定向排列，层面细粒41

可见丰富的植物茎部及叶部化石碎片，污手。钙质胶结，次圆状，分选性较1.95388.55砂岩好，发育缓波状层理及脉状层理。与下伏岩层明显接触。RQD值为：92%灰色，厚层状，含丰富的植物化石碎片，底部含砂质，具不规则裂隙，钙质42

泥岩

2.43390.9843

粉砂

薄膜充填，局部偶见黄铁矿粉晶充填。值为：浅灰色、灰色，厚层状，局部夹砂质泥岩薄层，底部含砂量渐增，全层可见2.62

393.60岩细粒

完整的植物叶部化石叶清晰可见下伏岩层过渡接触RQD值为。灰色、灰白色，中厚层状、厚层状，成分以石英为主，岩屑次之，铁质颗粒呈定向排列，断面可见星点状白云母碎片，顶部夹深灰色粉砂岩条带，呈互层状。中下部可见不规则泥砾及砂质泥砾。底部层面可见碳质且污手。钙质44

13.06406.6645

砂岩煤

胶结，次圆状，分选性中-。具波状层理、小型交错层理及似平形状层理。偶见裂隙，钙质薄膜充填。岩芯坚硬，致密完整。～8RQD值为：93%。灰黑色，块状、碎块状，金属光泽、玻璃光泽，半亮型、光亮型煤。上部以块煤为主，中下部以粉末状及碎屑煤为主，发育内生裂隙，性脆，参差状断口。底部煤质变差。含夹矸一层。煤层结构2.48=1.48（0.10泥岩0.90；2.48

409.14煤层采长：2.25=1.35（0.10泥岩）0.80测井煤层止深：409.20m厚度：2.45m。灰色、灰黑色，厚层状、中厚层状，顶部可见植物根部化石，中下部含丰富的植物化石碎片及茎叶化石，叶脉清晰可见，岩芯含碳量较高，条痕呈深灰

二下叠统系山

泥岩煤粉砂

2.61411.75色，局部夹镜煤条带及炭质泥岩薄层。断面可见黄铁矿薄膜。岩芯较整状。RQD值为：灰黑色，块状，弱玻璃光泽，半亮型煤，具内生裂隙，参差状断口。局部煤2.16413.91质较差。测井煤层止深：414.05;厚度：2.35m灰色，厚层状，局部可见植物根部化石碎片及植物叶部、茎部化石碎片，偶1.44415.35西组Ps

岩细粒

见碳质面。岩芯整状。RQD值为：。灰色、浅灰色，中厚层状，成分以石英为主，长石岩屑次之，夹深灰色粉砂岩条带，呈互层状，层面可见少量碳质物及植物化石碎片，顶部可见少量粉49

砂质及泥质泥砾。钙质胶结，次圆状，分选性较好，发育缓波状层理及似平6.20421.55砂岩形状层理，顶部层理扰动剧烈，具不规则裂隙，钙质薄膜充填，局部可见黄铁矿粉晶，中下部岩芯破碎。RQD值为：灰色，中厚层状，局部可见细砂质团块及砂泥质条带。断面可见少量黄铁矿粉砂50

薄膜，偶见棕色云母碎片。具少量细小裂隙，钙质物充填，发育波状层理及5.71427.26岩似平形状层理。岩芯整状。579#～∠8.5。RQD值为：深灰色，厚层状，含大量植物化石碎片，见大量黄铁矿粉晶及条带，局部可砂质51

见镜煤条带。含碳成分较高，具裂隙，隙面充填钙质物，含砂质不均匀，间1.30428.56泥岩粉砂

夹粉砂岩薄层。岩芯破碎。RQD值为：54%。灰色，厚层状，含少量植物化石碎片及黄铁矿粉晶，局部夹砂质泥岩条带，52

2.70431.26岩砂质

显示交错层理，具裂隙，隙面充填钙质薄膜。为：72%。深灰色，厚层状，含大量植物化石碎片，局部含碳量较高，条痕呈深灰色。53

局部夹粉砂岩薄层。偶见滑面，具裂隙，黄铁矿粉晶及钙质物充填。显示似9.01440.27泥岩平形状层理，断口平坦。#598～∠9°。RQD为61%灰色，厚层状，成分以石英为主，岩屑次之，间夹砂质泥岩薄层，显示交错细粒54

层理。次圆状、分选性较差，钙质胶结，具裂隙，隙面充填钙质薄膜及黄铁1.45441.72砂岩粉砂

矿粉晶，下部颗粒渐细。RQD值为：65%。灰色，厚层状，含少量白云母碎片，间夹泥岩条带，局部铁质含量较高，具55

6.65448.37岩砂质

裂隙，隙面充填钙质物。显示似平形状层理～∠9°RQD为：57%。深灰色，厚层状，含砂质不均匀，局部夹粉砂岩薄层，下部可见大量黄铁矿56

8.22456.59泥岩

结核。参差状断口，具裂隙，隙面充填钙质薄膜。为：。灰色，含大量动物化石，见少量黄铁矿粉晶。预酸剧烈起泡，具裂隙，方解57

灰岩

2.73459.32砂质

石脉充填，岩芯整状。RQD值为：。深灰色，厚层状，见大量黄铁矿粉晶及结核，含砂量不均匀，顶部夹细砂岩58

1.37460.69泥岩

薄层，具裂隙，隙面充填钙质物。641#～10°。RQD值为66%。上

灰色，厚层状，成分以石英为主，长石、岩屑次之，见大量泥质包体及砂泥细粒59

统

岩条带，断面可见少量白云母碎片。分选中等，钙质胶结，显示波状交错层5.64466.33石

砂岩太

理。具裂隙，隙面充填碳屑及钙质物。值为：炭原系

砂质

深灰色，厚层状，含砂质不均匀，局部夹粉砂岩薄层，下部岩芯破碎。参差60

组

0.84467.17泥岩

状断口，具裂隙，隙面充填钙质薄膜。值为：Ct2.2

井筒水地质特征2.2.1井田水文质条井田位于XX背斜西翼南段，北部与西部由FF正断层组成隔水边界；南F正断201203216层沿北西向延伸，成为良好的隔水边界；东界为露头地段，灰岩分布面积有限，上覆巨厚的新生界地层272.20～399.90m平均厚度341.79m，新生界底部普遍发育Ⅳ-2隔水段，厚度一般在90～150m，有效阻隔了上部水的垂直下渗。本井田形成北、西、南三面封闭较好，上部受阻的独特水文地质特征。煤系下伏地层为太原组，含灰9～13层，基底为奥陶系石灰岩。按含水层岩性特征，地下水埋藏条件等，井田自上而下划分为十个含水层组，分别为：第四系全新统松散孔隙潜水含水组I四系上更新统松散孔隙承压水含水组（Ⅱ第四系中下更新统松散孔隙承压水含水层（Ⅲ上新统松散孔隙承压水含水层（Ⅳ-1石盒子组三22

煤层顶板砂岩裂隙承压水含水层（Ⅴ西组二煤顶板砂岩裂隙承2压水含水组（Ⅵ原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组（Ⅶ原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组（Ⅷ奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水组（Ⅸ）及燕山期岩浆岩裂隙接触带承压水含水组（Ⅹ含水层类型主要为孔隙潜水承压含水层裂隙承压水含水层及岩溶裂隙承压水含水层三种类型2.2.2井检孔段主含水层征根据南风井井筒检查钻孔所获资料，现将其水文地质特征自上而下分述如下：（1）新生界孔隙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，由于沉积物时代及成因不同地层结构复杂沉积重叠交错南风井井筒检查孔穿见厚度，其中第四系(Q)层厚131.87m新近系（N）厚度212.51m。该含水层组由粗、中、细粉砂和粘土、亚粘土、亚砂土组成，该组自上而下分为四个含水层：第四系全新统松散孔隙潜水含水层（I:含水层由粘土质砂及粉细砂层组成，埋深一般在20～26m，砂层较发育，单位涌水0.902.17l/s.m，渗透系数～11.99m/d，水位埋深及变化幅度受大气降水控制，循环交替条件较好，矿化度0.3～0.6g/l，水质型为HCO～CaNaMg型，属强含水层，是当前民用及农田灌溉主要水源。3第四系上更新统松散孔隙承压水含水层组（Ⅱ含水层以细、中砂为主，其间有粘土或亚粘土沉积，总厚51m右，其中砂层平均厚度29.88m，单位涌水量，渗透系数2.71m/d，水位标高，矿化度0.573g/l，水质类型为HCONa型，属中等含水3层，是场矿单位的主要供水目的层。第四系中下更新统松散孔隙承压水含水层组（Ⅲ含水层由粉细砂、粘土质砂组成，粘土层较发育，总厚度58m右，砂层平均厚度18.64m，砂层单层厚度小，稳定性。单位涌水量0.283l/s.m，渗透系数，水位标高，矿化度1.202g/l，水质类型为HCOSOCl～Na型，属中等含水层。34新近系上新统松散孔隙承压水含水层组（Ⅳ-1水层主要由细砂、中砂及粉砂组成，粘土层发育较差。总厚度左右。砂层平均厚度，砂层单层厚度较大，分布稳定。单位涌水量0.378l/s.m，渗透系数，水位标高，矿化度0.942g/l，水质类型为HCOSO～Na型，属中等含水层。为一良好的供水目的层。34由于本次井检孔未对新生界地层进行抽水试验，上述内容借鉴于以往地质勘探报告。(2）山西组二煤层顶板砂岩裂隙承压水含水组（Ⅵ）2井检孔揭露基岩顶界面与二

2

煤层顶板厚度为62.28m，藏深度分别为344.38406.66m标高为-313.348～-375.628m顶部基岩强风化带厚度为15.93m(伪厚)，上部强风化带裂隙发育，岩芯破碎；下部弱风化带随深度增加，裂隙发育程度逐渐减弱，裂隙多被上部松散物所充填。钻进过程中简易水文观测未发现有明显消耗。基岩顶界面距二煤层顶2板厚度仅为62.28m故本次对基岩风氧化带含水层和二煤层顶板砂岩裂隙承压水含水层组2采用了混合抽水试验，其抽水试验结果：单位涌水量0.00576l/s.m，渗透系数0.02895m／d位标-31.818m化度287.67mg/l值7.94为SOCl～34Na型，反映了该含水层渗透性差、富水性弱的特点。井筒涌水量预计为8.42m/h。2.3

地层原温度依据设计要求，本孔进行了近似稳态测温。钻孔落底井温为29.2℃，煤层附近岩温约为28.00℃。根据测温成果计算，XX煤矿南风井井检孔地温梯度约为2.87℃/100m，无地温异常近似稳态测温成果详见表2-1测温果表

表2-1点

孔深（）温℃）点

孔深（）

温度（℃）

点

孔深（）

温度（℃）

020406080

19.121.321.321.721.7

200220240260280

23.297124.8

400420440460465

759229.2

100120140160180

22.022.57123.1

300320340360380

6226.57233.1

冻结制方案设计冻结深设计设计依(1)《煤矿井巷工程施工规范》5.2.2条的规定：立井井筒的冻结深度，应根据底层埋藏条件及井筒掘砌深度确定，并应深入稳定的不透水基岩10m以上。基岩段涌水量较大时，应延长冻结深度。《煤矿井巷工程施工规范》第5.2.26条的规定：冻结段井筒的掘砌深度应浅于主冻结孔设计深度据规定冲积层厚度在～400m应比井筒冻结深度浅9～11m。冻结段井壁生根壁座或筒形壁座深度设在稳定性和封水性较好的岩层中。《XX煤矿南风井工程初步设计《南风井井筒检查孔成果报告永夏矿区临近矿井冻结成果资料。（7）XX南风井冻结实验报告根据筒形壁座底板最小深度及最小冻结深度分析以及二期工程施工需要，确定进风井冻结深度为441.5m、回风井冻结深度为。3.2

冻结壁和安全掘进高设计

.2.1

计算公选择深厚冲积层的冻结壁厚度和安全掘进段高计算：方法之一是以中国为代表，采用多姆克公式计算砂性土层的冻结壁厚度和按维亚洛夫-扎列茨基公式计算粘性土层的安全掘进段高；方法之二是以波兰为代表，采用利伯尔曼公式计算冻结壁厚度和掘进段高；方法之三是采用变形公式计算冻结壁的稳定性；方法之四是采用美国ANSYS通用软件等分析冻结壁温度场和应力场。根据多年从事冻结凿井的实践探索：认为方法一较为适用，并已初步建立起砂性土控制层位采用多姆克公式计算冻结壁厚度和粘性土控制层位采用维亚洛夫-扎列茨基公式计算安全掘进段高的冻结壁设计计算体系，并成功地用于程村主、副井430m积层、济西主井积层、泉店主副风井440～455m冲积层、赵固一矿和赵固二矿528m冲积层的冻结壁厚度和安全掘进段高计算，均取得良好的效果；方法二比方法一的冻结壁计算厚度稍小，可供参考；方法三涉及的参数较为复杂，因试验数据有限和经验不足而未得到普遍应用；方法四的关键是由于参数值选取不同，计算结果往往差异较大，一般用于验算冻结壁的稳定性。下面着重介绍多姆克公式、维亚洛夫扎列茨基公式和利伯尔曼公式。多姆克冻壁厚度式多姆克于1915年，把砂性层冻结壁看作无限长的弹塑性厚壁筒，按第三强度理论推导得出的冻结壁厚度计算公式。ER式中E——按强度条件计算的冻结壁厚度，；R——井筒掘进半径；P——计算水平的地压,MPa；K——砂性土层的冻土计算强度，。利别尔曼结壁厚公式

(3.1)利别尔曼于1961年把冻结壁看作有限长的刚-塑性厚壁筒按第三强度理论（极限平衡理论）的极限值原理推导出来的在一定段高内的冻结壁厚度与安全掘进段高计算公式。rH0P

m

k

(3.2)式中E——冻结壁厚度，m；h——未支护段高度或安全掘进段高，；r0——覆盖层的平均容重，取1.3t/m3HP——计算层位的埋藏深度，m；RCT——冻土平均瞬时抗压强度，MPamk——安全系数。维亚洛夫-扎茨基安掘进段高公维亚洛夫-扎列茨基于1962年粘性土层冻结壁看作有限长的弹塑性厚壁筒，按第四强度理论推导出来的冻结壁安全掘进段高计算公式。h

EηP

(3.3)式中h——按变形条件计算的安全掘进段高，；E——按强度条件计算的冻结壁厚度，；P——计算水平的地压,MPa；σ——粘性土层的冻结持久抗压强度或计算强度，；22η——工作面冻结状态系数，掘进工作面为非冻结状态时取，掘进工作面3冻实时取，即η=0.865～1.73。为了便于计算，工作面冻土扩展范围0、1/4、2/4、3/4、4/4时，η值可相应地取1.732、、1.299、1.082、。通过以上分析，考虑到风井的冲积层厚度，粘性土层的累积厚度占冲积层厚度的77%，拟在应用上述方法——冻结壁强度和稳定性设计计算体系的基础上，结合国内近几年厚冲积层的冻结凿井经验，在设计参数选取上进行合理的调整和完善，以达到安全可靠和经济合理的目的。3.3

基本参优化冻结控制位和地(1)冻结控制层位根据风井冲积层的埋藏条件和土层组成特点分析，冻结壁设计控制见下表风井冻结设计控制层位

表3—1土层

粘性土控制

名称层厚/m

粘土28.61

钙质粘土12.25层位埋深/m260.26～288.87332.13～344.38冻结孔允偏值与孔间距《煤矿巷工程施工规范》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位于风化带及含水基岩的钻孔，不易大0.5%，但相邻两个钻孔终孔的间距不得大5m。当相邻两个钻孔的偏斜值超过上述规定时，应补孔。应当指出着钻孔设备和工艺的不断完善积层厚度较大时第条对冲积层冻结孔偏斜率≤0.3%和基岩中两相邻冻结孔终孔间距≤5m的规定要求偏低。根据最近几年深厚冲积层冻结孔垂直度状况分析，认为在采用钻、测、纠相结合的钻进工艺和靶域钻进措施的条件下，风井冲积层主冻结孔偏斜要求为表土段钻孔偏斜率≤2‰，基岩段钻孔偏斜率3‰向内最大偏值为0.4m,但防片孔不许向井心方向偏斜大于；最大孔间距表土段：主圈孔1.8m，基岩段≤，长腿孔间距≤3.5m.辅助孔、防片孔按偏斜要求。

冻结盐温度根据风井检查孔柱状图分析，结合国内应用螺杆式冷冻机制冷和往复式冷冻机串联双级压缩制冷的实践经验分析，风井的冻结设计盐水最低温度达32℃。EEEE冻结壁平温度(1)计算公式冻结壁平均温度是确定冻土强度和冻结壁强度、稳定性的基本依据。它主要取决于冻结壁厚度、冻结盐水温度、冻结孔间距、井帮温度以及冻结孔布置方式等因素，要精确计算是相当困难的。从工程实际出发，一般取最大地压水平或冻结设计控制层位的冻结孔最大间距处的主、界面平均温度的平均值作为冻结壁设计计算的依据。我国对冻结壁平均温度的认识和计算方法可概括为以下几个阶段：冻结法凿井的引进阶段至探索改进阶段初期，采用前苏联H·鲁巴克按单个冻结器传热条件推导出来的公式计算冻结壁平均温度，该公式未考虑邻近冻结器的相互影响和井筒的实际冻结状况或井帮温度对冻结壁平均温度的影响，计算出来的冻结壁平均温度偏高，特别是深井冻结时误差偏大。冻结法凿井的探索改进阶段中期，开始采用国外模拟试验和有限差分法得出的冻结壁平均温度计算公式（如依姆·斯捷潘诺娃公式步过渡为采用国内冻结壁温度场物理模型试验和工程实测数据。冻结法凿井的探索改革阶段后期用成冰等根据冻结壁温度场物理模型试验、工程实测、有限元分析得出的单圈孔冻结壁平均温度计算公式。冻结法凿井完善提高阶段，采用成冰提出的单圈孔和主冻结孔内侧增设辅助孔（含防片帮孔）冻结的冻结壁平均温度计算公式。①单圈孔冻结时冻结壁有效厚度的平均温度等于按冻结壁0℃边界计算的平均温度值与井帮温度对冻结壁的有效厚度的平均温度影响值之和。tt

0c

e

(3.4)t

0c

1L0.352L0.785

(3.4.1)te式中tc——按冻结壁有效厚度计算的平均温度，℃；

(3.4.2)t0c——按冻结壁0℃边界计算的单圈孔冻结壁平均温度，℃；te——井帮冻土温度对单圈孔冻结壁有效厚度的平均温度影响值，℃；tb——冻结盐水温度，℃；L——冻结孔间距，m；cfcfE——单圈孔冻结壁有效厚度，m；tn——计算水平的井帮冻土温℃要与土层性质冻结孔布置方式、冻结管直径、冻结盐水温度、以及冻结时间等因素有关，而冻结时间主要与冻结段掘砌速度有关根据这几年冻段快速施工的经验分析认为风井冻结控制层（深344.38m的粘土层）的井帮温度取-6～-8℃较为适宜。Δ——井帮冻土温度每升高或降低1对冻结壁有效厚度的平均温度影响系数=0.25～0.3，根据实践经验可近似地按Δ选取。当井帮土壤为正温时，取0。②主冻结孔内侧增设辅助孔（含防片帮孔）冻结时在成冰提出的单圈孔冻结壁平均温度计算公式的基础上，增加主冻结孔与辅助冻结孔之间部位对平均温度的影响值，或采用加权平均法计算。t

ttc

fn

(3.5)或

tt2sE12

(3.6)式中tcf——主冻结孔内侧增设辅助冻结孔的冻结壁有效厚度平均温度，℃；tc——单圈孔冻结壁有效厚度的平均温度，符号同公式2.1)，℃；tfn——主冻结孔与内侧辅助孔之间部位对冻结壁有效厚度平均温度的影响值，℃；S——辅助孔圈与主孔圈之间的距离，；E1——主冻结孔圈外侧的冻结壁有效厚度，；E2——辅助孔圈内侧的冻结壁有效厚度，。ts——辅助孔圈与主冻结孔圈之间部位的冻结壁平均温度，℃。③主冻结孔内、外侧均增设辅助孔冻结时在成冰提出的单圈孔冻结壁平均温度计算公式的基础上，增加主冻结孔与内侧及外侧辅助孔之间部位对平均温度的影响值。t

tt

fn

t

fy

(3.7)式中tcny——主冻结孔内、外侧均增设辅助冻结孔的冻结壁有效厚度平均温度，℃；tc——外孔圈外侧与内孔圈内侧冻结壁有效厚度的平均温度，℃；tfy——主冻结孔圈与外侧辅助孔圈之间部位对冻结壁有效厚度平均温度的影响值，℃，计算方法同tfn；tfn——主冻结孔圈与内侧辅助孔圈之间部位对冻结壁有效厚度平均温度cc的影响值，℃,符号与计算方法同公式（3.5(2)平均温度计算结果把冻结盐水温度-32℃积层中冻结孔允许成孔间距1.8m）和控制层位的井帮冻土温度（-6～-8）代入公式（3.1）求得风井冻结壁平均温度值为-12℃～-15.2℃（主冻结孔内侧增设辅助冻结孔时冻土计算度冻土计算强度（K）可直接按持久强度σs）选取或按极限抗压强度σc）除K以安全系数m0）求得。在缺少冻土持久强度试验资料的情况下，按选取计算强度较为符合实际。

σc0

的方法国内在冻结壁厚度设计中，1989年以前一直采用×50×50mm立方体冻土试件按快速加载（30±5s）的无侧限瞬时抗压强度数据，它与煤炭科学研究总院北京建井研究所试验得出的粘性土Ф61.8×冻土试件按恒应变速率轴向加载的无侧限瞬时抗压强度数据之间存在着一定的系数关系。经分析认为：在

Ф61.8150mm冻土试件强度未正式明确如何直接用于冻结壁设计之前，把按Ф×150mm冻土试件强度试验数据乘1.8数作为冻结壁厚度设计的冻土无侧限瞬时抗压强度较为合理。根据近十几年国内冻结法凿井的实践经验：在冻结方案设计中，砂性土层的冻土计算强度按国内已施工深冻结井的冻土计算强度与冻结壁平均温度的关系综合曲线（见图1）选取。图1国已建冻结井砂性土强K）与冻结壁平均温度t）的关系1—潘二南风井；2—冷泉主、副；—谢桥主井；4陈四楼主井；5—陈四楼副井；6—潘三东风井；—城郊主、副井8—南主、副井；—村主、副井10—泉店主、副、风井表3－2冻土力学试验内容编

深度

样品

单轴抗压强度

单轴蠕变

三轴剪切

冻胀率号

m）

名称

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

℃

第一组第二组第三组

189230330

粘土*********粘土*********亚粘土**********表示要做表33土工试验试样规格序号

试验项目冻土单轴抗压强度试验冻土单轴蠕变强度试验冻土三轴剪切强度试验土壤的冻胀试验土壤的导热系数试验土壤的比热试验土壤的结冰温度

试样规格Φ61.8mm150mmΦ61.8mm150mmΦ61.8mm150mmΦ100mm×50mm200mm×100mm×Φ90mm×60mmΦ20mm×50mm

试样数量/个27181881266

备注试样尺寸误差保持在±0.2%以内合计

95表34土单轴抗压强度、弹性模量、泊松比试验结果编号

温度

单轴强度/MPa分值平均值

弹性模量/MPa分值平均值

分值

泊松比平均值

℃

7981

93.68

0.3第一组

℃

2.8

9763

354.9

℃

1.4

86.42

℃

1.4

97.22

4315

88.75

第二组

℃

216

2703

0.3℃

0.3

℃

4169

225

第三组

℃

2.7

6466

300

0.3℃

3.4

冻结工设计冻结工艺涉及的内容很广，国内采用过的冻结工艺有一次冻全深、局部冻结、分段冻结或分期冻结、差异（长短腿）冻结、异径冻结、单圈孔冻结、多圈孔冻结（包括主孔内侧增设辅助孔或防片帮孔冻结、主孔内、外侧均增设辅助孔冻结反循环冻结、小流量冻结或大流量冻结等。为了便于说明，在冻结工艺设计中着重讨论冻结器盐水流量、冻结孔布置、冻结管规格三个问题。(1)冻结孔布置方式①冻结孔布置的类型及适用条件随着冲积层厚度或冻结壁设计厚度的增大而加剧了井筒冻结与掘砌的矛盾。为了协调二者的关系，冻结孔布置方式逐渐由单圈冻结孔发展为主冻结孔内侧增设防片帮冻结孔或辅助冻结孔以及主冻结孔内侧均增设辅助冻结孔等四种布置方式。根据摸索，每种布置方式的适用条件如下：——当冻结壁设计厚度<5.0m或冻结孔距井帮3.3m时宜采用单圈冻结孔的布孔方式；——当冻结壁设计厚度=5.0～7.0m或冻结孔距井帮3.3m时，适宜采用在主冻结孔内侧增设辅助孔及防片帮冻结孔的布孔方式；——当冻结壁设计厚度=7.0～10.0m宜采用在主冻结孔内侧增设辅助冻结孔与防片帮冻结孔的布孔方式；——当冻结壁设计厚>10.0m适宜采用在主冻结孔内、外侧均增设辅助冻结孔的布孔方式。无论采用上述何种冻结孔布置方式，主冻结孔深度应穿过冲积层和基岩风化带进入不透水稳定基岩10m以上，防片帮冻结孔深度取冲积层厚度的～3/4为宜，这样既可节约冻结需冷量，又可防止因深部防片帮孔距井帮太近而发生断管。②冻结孔布置圈直径计算方法不同类型的冻结孔布置圈直径计算方法列于表－5中。表3－5布置圈直径计算方法冻结孔圈

布孔方式

计算公式

符号单圈孔

1.1Ezn

(3.1.1)

ΦΦ——分别为单圈孔、孔内外侧均增设辅主冻结孔

主孔内侧增设辅助孔圈与防片帮孔圈

z

D)y

(3.1.2)

ΦnfyfΦ

——分别为主孔内、——分别为主冻结孔内同时增设辅助孔与主孔内外侧均增设辅助孔圈

-E)znyyf

(3.1.3)

D

径，m——分别为冲积层厚度直径，m辅助

主孔内侧增设辅助孔圈与防片帮孔圈

nfz

nf

(3.2.1)

E

y

——分别为冻结壁设计厚村主、副井冻结壁冻结孔

主孔内外侧均增设辅助孔圈

nfznf2Syfzyf

()()

θ——冻结孔允许偏斜率，取——分别为冲剂层厚度、S、S——分别为主冻结孔圈nfyf防片

主孔内侧只增设防片帮孔圈

Φpp

(3.3.1)

LS

pf

——单圈孔布置时主冻结孔至——主冻结孔内侧辅助孔圈与帮冻结孔

主孔内侧同时增设辅助孔圈与防片帮孔圈

nf

pf

(3.3.2)(2)冻结管规格《矿山井巷工程施工及验收规范》第5.2.8条提出冻结管的直径、壁厚按表见表3－6）选取反映出冻结管的直径、壁厚与冻结深度成正比。从国内、外冻结法凿井的实践经验分析，冻结管的直径和壁厚分别按冻结工艺需要和冲积层厚度进行设计。表3－6冻结管的直径、壁厚选取范围冲积层及风化带中基岩中

冻结底层深度/m≤200200～400～＞600≤300＞300

冻结管壁厚mm≥5.0≥6.0≥7.0≥8.0≥5.0≥6.0(3)冻结器盐水流量冻结器的单位热流量主要与盐水温度和冻结器的环形空间内盐水运动状态有关。根据水力学原理，盐水运动状态取决于雷诺数：当Re<2300，盐水运动呈层流状态，冻结管单位热流量小；当e=2300～25000时，盐水运动呈层流向紊流过渡状态，冻结管的单位热流量约为层流1.15～1.3倍；Re>25000时，盐水运动完全处于紊流状态，冻结管的单位热流量将进一步提高。但从工程应用分析：只要把每个冻结器的盐水循环量加大至10～13m

3

/h以上时，就可以使冻结器环形空间内的盐水运动呈层流向紊流过渡状态，这是容易实现的，也是经济的；要把每个冻结器的盐水循环量加大至使环形空间内成紊流运动状态，是不易实现的，也是不经济的。考虑到风井的冲积层埋藏深、粘性土层的厚度比例大、冻结壁厚度大等特点，设计优选每个冻结器的盐水流量（或循环量）≥13m

3

/h，以达到加快冻土扩展速度和井筒早日开挖的目的。在深入分析国内已建>400m冲积层冻结井和正在施>500m冲积层冻结井的冻结工艺基础上决定选用主冻结孔内侧增设辅助孔防片帮孔的布孔方式与差异、大盐水流量相结合的冻结工艺。该优化方案的主要优点是冻结孔工程量小、冻结总需冷量小、深部的冻结管传热面积大和外侧冻结壁厚度大、内侧冻土扩至井帮的时间短、冻土挖掘量小，有利于安全快速施工、缩短工期和降低工程造价。3.5

制冷工设计冻结需冷与装机力(1)计算公式①冻结需冷量公式Qztc

(3.8)NzzNffffKpp

f

(3.8.1)(3.8.2)(3.8.3)②标准冻结需冷量公式b③装机能力公式

(3.9)m

b

(3.10)式中——冻结总需冷量，kcal/h；、Q、Qzfkcal/h；

——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的总散热能力，zf

——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的外直径，m；、Hzf

——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的平均深度，m；N、N、NfKKKzfkcal/m2·h

p

——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的数量，个；——分别为主冻结管、辅助冻结管、防片帮冻结管的单位热流量，mc——低温管路及设备的冷量损失系数；

——冻结标准总需冷量，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。(2)计算基本参数优化①冻结管单位热流量冻结器的单位热流量K与盐水温度及其在冻结器环形空间内的运动状态、冻结时间等因素有关冻结初期盐水降温速率为～1.0℃/d条件下峰值期为40～60d如陈四楼副井的试验实测表明当冻结器的盐水平均循环量为8.4m3/h（冻结管140mm）时盐水在冻结器环形间内运动为层流状态（见2冻30d60d150d、250d的K值分别为153kcal/m2·h、193.3kcal/m2·h、120.9kcal/m2h、109.4kcal/m2·h；潘二南风井进双供液管冻结试验结果表明，当冻结器的盐水循环量增大至15m3/h（冻结管为Ф159mm）后，盐水在冻图2的关系

冻结管器环形空间内盐水呈层流运动状态时单位热流冻结时T）结器环形空间内运动由层流状（雷诺数为变成由层流向紊流过渡状（雷诺数达增大1.2倍以上器的单位热流量的峰kcal/m2增大至250.8·h。考虑到风井的盐水循环量取13～15m3/h，故冻结器的单位热流量（K）可取250kcal/m2·h。②冷量损失系数冷量损失系数（mc）主要与地面低温管路（如冷冻站内的盐水管路、冷冻站至井口的盐水干管、冷冻沟槽内集配液圈等）的长短和低温容器（如蒸发器的盐水箱等）外表面积及其保温质量、冻结需冷量大小、大气温度等因素有关、一般1.10～1.25。近年来，低温管路和设备的保温材料性能与保温质量有所提高，取1.15是可行的。③制冷量换算系数冷冻机实际制冷量与标准制冷量之间的换算系数（）主要与制冷设备的类型、新旧程度及氨的蒸发温度或盐水温度有关。从3可以看出，采用往复式氨压缩机串联双级压缩制冷时，A值随着盐水温度或氨蒸发温度的下降而递减。另从陈四楼副井试验实测冻结管单位热流量（Kt）曲线（见2）可以看出Kt值随着冻结时间的延长或冻土扩展范围的增大而减小。综合3的特点，设计盐水温度采取早期快速降温和中、后期分阶段降至最低温度的措施，而在冻结器单位热流量Kt）达峰值期之前（开50d以内盐水降至-28℃结～120d期间盐水温度由-28℃降至-30℃结120～180d盐水温度由-30℃降至-32℃按盐水温度=-32℃或氨蒸发温度=-37℃工况条件下选取冷冻机的制冷量换算系数A其优点是在早期加快冻土扩展速度的前提下达到缩短冻结壁交圈的时间和早日开挖的目的又在后期不增加冷冻设备的前提下进一步降低盐水温度强化深粘土层冻结以达到安全快速施工的目的。④冷冻站装机备用系数冷冻站装机备用系数（mb）主要根据冻结标准需冷量确定，一般mb可参考表3－6中的系数值选取筒的冻结标准需冷量不超过×10

kcal/hmb取1.08就可以了，但考虑到风井积极冻结期为炎热季节，故建议取1.10。图3冷机制冷量换算系数（A与盐水温度t氨蒸发温度（t）关系表3－6

不同冻结需冷量的装机备用系数参考值冻结标准需冷量/kcal·h-1装机备用系数（m

<150×101.15

(150×101.15～1.12

(300×10(600×101.1～1.101.08

>1000×10<1.08

3.5.2

冷却水需用量与补量(1)计算公式①冷却水需用量WQ/1000

(3.11)②冷却水补给量WW

(3.12)WμWWWz2WWz33式中Wc——冷凝器的冷却水总需用量，m/h；

0

(3.12.1)(3.12.2)(3.12.3)Qc—冷凝器的总热负荷，考虑冻结初期盐水温度较高时冷冻机的实际制冷量较大，可近似地按冻结需冷量（Q）的1.3倍计算，；Δt——冷凝器进水温度与回水温度的差值3～4℃，一般取3.5；QJ——装机标准总制冷能力，kcal/h；Xc——冷冻机标准单位制冷量的冷却水需用量，取

3

/104kcal；μ123—分别为直接补给法、玻璃钢冷却塔降温法、高效蒸发式冷凝器法的冷却水补给系数；t0、t1、t2——分别为新鲜冷却水、冷凝器进水、冷凝器回水的温度，℃。(2)基本参数优选新鲜冷却水补给系数新鲜冷却水补给系数受冷凝器结构类型和冷却水补给方式的影响很大：当采用立式冷凝器和冷却水直接补给法时，新鲜冷却水的补给系数为；当采用立式冷凝器和玻璃钢冷却塔降低循环冷却水温度时，新鲜冷却水的补给系数为0.25；当采用高效蒸发式冷凝器时，新鲜冷却水补给系数为。综上所述，考虑到风井的冷却需水量大，选用高效蒸发式冷凝器，把新鲜冷却水的补给量降至最低限度。(3)设计优化结果采用高效蒸发式冷凝器措施后，把冻结站冷却水总需用量和新鲜冷却水补给量分别降至80m

3

/h和40m

3

/h，尤其是大幅度新鲜冷却水的补给量具有重要的意义。3.6冻结制冷设计要技术标根据以上对冻结地层特点和冻结深度、冻结壁的厚度和安全掘进段高、冻结工艺、制冷量和冷却水量等设计优化结果：进风井冻结深度为441.5mm回风井冻结深度419.5m，冻结壁厚度为，不同深度粘土层的安全掘进段高为～3m，在主冻结孔内侧增设辅助孔与防片帮孔的布孔方式，正反循环-32℃低温盐水和分阶段降至设计温度、加大盐水循环量相结合的冻结工艺。两风风井各布1个水位观测孔和个冻结壁温度观测孔，试挖前的冻结时间为75d冷冻机运行总工期为进风井247d回风井243d，正式掘砌的最高速度为130m/月，平均掘砌速度≥月，成井速度≥80m/月。冻结制冷设计参数见表3-7孔平面布置图XX煤矿进风井冻结孔布置示意图3.7管材接方式和压试漏主圈孔、辅助孔、防片孔200m以下均采用φ159×无缝钢管,内接箍连接方式，管箍长度为120mm；200m以采用φ159×5mm无缝钢管,内接箍连接方式管箍长度为120mm；测温管选用φ89×5mm无缝钢管，外接箍连接方式，接箍长度为水文管采用φ108×5mm无缝钢管，外接箍连接方式，接箍长度为。试验压力：主圈孔：4.0MPa，辅助孔：3.5MPa防片孔：2.5MPa。3.8

测温孔水文孔设计（1）测温孔采用Φ，普通钢管，外管箍焊接，管底焊接密封，管内不需灌水和试压，但不得渗水，布置位置在地下水流上方，同时兼顾整个井筒温度场检测，具体位置根据偏斜图确定。（2）水文孔采用Φ108×5mm20#钢管作水文管，割花眼，外管箍连接。为了准确报导冻结壁交圈情况，根据井检孔资料，冲积层含、隔水层组的划分，设计水文孔1个，套管结构，分上下两层报导。采用108×5mm钢管，外接箍连接方式。封止水材料为海带粘土。封止水材料下置后要进行效果检查，不合格应重新下置，直至合格为止。花管布置位置：65m～71m，133m～143m，～178m，在90米处用隔板隔开。44.1

冷冻站计冷冻站计（1）制冷设计参数制冷剂：R717（氨冷冻油：N46；载冷剂：氯化钙溶液，盐水比重1.27m3/t。盐水去路温度-25℃～-32℃，制冷剂蒸发温-37℃，冷却水进水温度+30℃，制冷剂冷凝温度+40℃经中冷器冷却后高压液氨温度比中冷器内液氨温度高℃积极冻结期盐水温度-25～-32℃，维护冻结期盐水温度25℃。制冷系统采用螺杆式制冷压缩机串联双级压缩制冷工艺。（2）冷冻设备选型由计算得出水温度为-28℃时井筒冻结需冷量为风井314.9×10

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kcal/h,回风井309.4×104kcal/h，两井冷冻站装机标准制冷量总计为×104kcal/h。选用串联双级压缩制冷工艺，低压机选用14台型号，高压机选用14KA20CBY型号和一台8AS-12.5号活塞式氨压缩机（系统打压及抽真空时用压缩比为：1:2.65，完全满足要求。（3）氨系统辅助设备选型①、蒸发式冷凝器：系统总的排热量=（722.5+168.9+205.9）×14=15362KW,冷凝温度:40℃，湿球温度28.0℃时,烟台冰轮股份有限公司生产的蒸发式冷凝器的排热系数为则修正后的排热量为：选用14台蒸发式冷凝器ZNX-1500热量为1500×14=21000KW足要求为实际配套的蒸发冷排热量较大,在运行中可以降低冷凝温度,系统运行节能经济此型号的蒸发冷运输与再次拆卸、安装很方便。贮氨器：选用烟台冰轮股份有限公司生产ZA-5.0贮氨器共4台,每台的容积为5m3,共计20m3,满足要求。立式螺旋管蒸发器：选用烟台冰轮股份有限公司卧式蒸发LZA-160共28台，总的蒸发面积为：160×28=4480㎡，满足要求。中间冷却器：选用ZZQ-1000的共12,满足需求.空气分离器：空气分离器选用烟台冰轮股份有限公司生产的两台，冷却面积为1.7m2.集油器：集油器选用烟台冰轮股份有限公司生产的JYA-500R一,容积为4m2.⑦、虹吸罐：虹吸罐选用烟台冰轮股份有限公司生产的两台容积3.0m

3

.（4）首次运转需要的氨量贮氨器：5m3×4台×30%=6.0m3立式螺旋管蒸发器:160m2/0.119m2/m×0.8L/m×28台×50%=15m中间冷却器:2.8m3×12台×30%=10m3

3虹吸罐:3.0m3×2×50%=3m

3则系统运转需要的氨量:1.2×(6.0+15+10+3)650kg/m

3

=27吨（