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１神华宁夏煤业集团有限责任公司麦垛山煤矿副立井井筒及相关硐室掘砌工程施工组织设计(井深-250m～-580m段)1.前言麦垛山煤矿隶属神华宁夏煤业集团有限责任公司，由中煤国际工程集团北京华宇工程公司设计。位于宁夏回族自治区灵武市马家滩镇境内，鸳鸯湖矿区南端，井田南北长约１4公里，东西宽约4.5公里，井田面积约75平方公里。该矿区交通十分便利，在灵武市东南约70km处，距银川市公路交通82km。井田内地形为低缓丘陵，区内地势较为平坦。为了加快矿建进度，缩短建井工期采取地面预注浆与井筒施工平行作业的办法。副井地面预注浆于2008年10月2日结束。井筒于2008年6月26日开挖，采用普通凿井法施工，成井250m，在2008年10月24日伞钻凿眼时，用伞钻探出涌水，涌水量达到21m3/h。副立井在采用工作面预注浆方案效果不理想情况下，麦垛山煤矿筹建处请有关专家多次论证，决定由宁夏回族自治区煤田地质局采用井筒外降水方法来保证井筒施工通过第二含水层段，经过几个月的降水施工效果仍不理想，神华宁煤集团公司决定停止井外降疏水施工，采用冻结方案。2009年9月28日，神华宁煤集团及麦垛山煤矿筹建处相关领导召开专题会议，对华宇公司提交的麦垛山煤矿副立井冻结方案进行了专题研究并确定了此方案,其冻结深度为－250.000m～－482.000m（相对标高）,共232m，井底标高为－580m,冻结段壁座至井底基岩段还剩余98m，合计330m。在井筒冻结基岩段及基岩段施工中，为了加快工程进度、降低成本、提高工程质量,特编制冻结基岩段及基岩段施工组织设计。本施工组织设计编制依据：２1）施工合同。2）北京华宇设计院编制的副立井井壁结构图及相关施工图纸。3）麦垛山煤矿副立井井筒检查孔资料。4）《煤矿安全规程》（2006年版）。5）《矿山井巷工程质量检验评定标准》（MT5009—94）。6）《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213—90）。7）《煤矿建设安全规程》（试行）。8）原《神华宁煤集团有限责任公司麦垛山煤矿副立井井筒及相关硐室掘砌工程施工组织设计》。2.工程概况2.1工程概况麦垛山煤矿采用主（斜）、副（立）、风（立）井开拓。全井田含煤25-31层，其中可采及局部可采煤层15层，平均总厚26.3米，主要可采煤层6层，总厚为12.44米，主要可采煤层平均厚度为2.16米，全井田资源量为11.2亿吨。副立井井筒普通法凿井已施工250m,第二含水层和第三含水层采用双层井壁冻结法施工，剩余基岩段施工采用普通凿井法施工，冻结基岩段3－3断面，净断面69.4m2，掘进断面98.5m2，基岩段4－4断面，净断面69.4m2，掘进断面88.2m2。副立井井筒的主要技术特征见表2.1，井壁结构图见图2-1。井筒-250m～-580m段主要技术特征表表2.1序号项目副立井单位1井口坐标X4189059.000mY36387369.000mZ+1416.000m３2冻结段开始处标高+1166.000m3冻结段结束处标高+934.000m4井底标高+836.000m5净直径φ9.4m6净断面69.4m27提升方位角237°00′00″/8井筒深度580.0（已施工250m）m9井筒壁厚④～⑧外壁500mm④～⑧内壁900mm井筒壁厚⑧～⑨600mm⑨～⑩1600(四号壁座)⑩号以下60010支护形式④～⑧外壁双层钢筋砼/④～⑧内壁素砼/⑧号以下钢筋砼/11砼标号④～⑤C50/⑤～⑩C60/⑩号以下C60/2.2工程地质与水文地质特征2.2.1工程地质(一)地层特征副立井井筒检查孔附近未见基岩出露，被广泛的第四系风积砂、黄土和古近系的浅红色粘土所覆盖。据检查孔揭露的基岩地层有侏罗系中统延安组、直罗组。井筒施工过程揭露各地层由老至新简述如下：1）侏罗系中统延安组(J2y)为一套内陆湖泊三角洲沉积，是井田的含煤地层。副立井检查孔揭露厚度247.06m。岩性为灰、灰白色中、粗粒长石石英砂岩、细粒砂岩；４深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩及煤等组成。2）侏罗系中统直罗组(J2z)为一套干旱、半干旱气候条件下的河流-湖泊相沉积。副立井检查孔揭露厚度338.40m。其岩性上部主要为灰白、浅灰、灰绿、灰色的细粒砂岩，灰色、褐色粉砂岩，夹粗、中粒砂岩。中下部以厚层状的灰白、黄褐或浅红色含砾粗粒石英长石砂岩(七里镇砂岩)为主，与其下含煤地层假整合接触。3）古近系(E)副立井检查孔揭露厚度45.40m。其岩性主要由浅紫红色粉质粘土及粘土组成，底部为砾岩层。不整合于下伏各地层之上。4）第四系(Q)为冲、洪积的黄沙土，底部见钙化结核。顶部为现代沉积的风成沙丘和黄土层。覆盖在各地层之上，厚3.00m。（二）工程地质特征第四系、古近系地层岩性以粘性土为主，根据实验室检测结果均为高液限土体，抗风化能力较差，吸水后具有较强膨胀性能，为不良工程土体。侏罗系直罗组、延安组地层岩性以粉砂岩和砂岩为主，检测结果岩石饱和抗压强度远小于自然状态或干燥状态下的抗压强度，软化系数普遍小于0.75，为易软化的岩石，工程地质条件较差。在井筒掘进中，要采取可靠措施，防止不良工程岩土体给井筒造成危害。（三）岩土性质粘土:比重2.76g/cm3；含水量18.59%～24.79%；液限（WL）41.1%～73.9%，塑限（WP）19.9%～40.0%；塑性指数（IP）20.6～33.9,液性指数（IL）＜0；天然稠度（Wc）0.81～1.64；含水比0.32～0.59；自由膨胀率42.7%～84.6%。土体坚硬，抗外力和抗变形能力较好，但抗风５化能力较差，具有较强的吸水膨胀、失水收缩性能，为不良工程土体，井筒掘进中应采取可靠支护方法。粗粒砂岩:颗粒密度2.50～2.70g/cm3，块体密度2.13～2.35g/cm3，块体干密度2.06～2.23g/cm3；含水率1.12～7.69%；孔隙率16.17～23.33%；吸水率4.96～13.36%；抗压强度天然状态下4.8～22.80MPa，饱和状态下2.7～15.50MPa，干燥状态下7.79～41.00MPa；软化系数0.24～0.67；抗拉强度0.33～2.45MPa；抗剪切强度1.38～4.43MPa；变形模量0.809～8.429×104MPa，弹性模量0.311～5.176×104MPa，泊松比0.04～0.48；内聚力0.31～4.16MPa；内摩擦角29°47′～40°45′。岩石孔隙发育中等，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，为弱稳定性岩体，工程地质性质较差。中粒砂岩:颗粒密度2.62～2.72g/cm3，块体密度2.14～2.46g/cm3，块体干密度2.05～2.38g/cm3；含水率2.04～9.73%；孔隙率11.45～22.35%；吸水率4.56～35.81%；抗压强度天然状态下9.93～42.80MPa，饱和状态下4.88～34.90MPa，干燥状态下24.00～58.50MPa；软化系数0.12～0.60；抗拉强度0.64～4.40MPa；抗剪切强度1.57～6.88MPa；变形模量0.695×104～5.585×104MPa，弹性模量0.523×104～6.245×104MPa，泊松比0.10～0.37；内聚力1.06～7.97MPa；内摩擦角30°50′～39°07′。岩石孔隙中等发育，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，为弱稳定～中等稳定岩体，工程地质性质较差。细粒砂岩:颗粒密度2.61～2.78g/cm3，块体密度2.25～2.78g/cm3，块体干密度2.02～2.63g/cm3；含水率0.61～11.48%；孔隙率4.71～24.06%；吸水率4.32～39.03%；抗压强度天然状态下1.45～46.10MPa，饱和状态下0.06～33.50MPa，干燥状态下3.73～81.00MPa；软化系数0.02～0.68；抗拉强度0.14～3.87MPa；抗剪切强度0.42～8.57MPa；６变形模量0.147～12.590×104MPa，弹性模量0.127～11.170×104MPa，泊松比0.11～0.39；内聚力0.27～7.25MPa；内摩擦角30°08′～40°30′。岩石孔隙中等发育，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，局部具一定抗水浸能力，为弱稳定～中等稳定岩体，工程地质性质较差。粉砂岩:颗粒密度2.56～2.76g/cm3，块体密度2.21～2.56g/cm3，块体干密度2.04～2.47g/cm3；含水率1.92～10.51%；孔隙率7.14～24.72%；吸水率5.15～38.61%；抗压强度天然状态下2.77～45.9MPa，饱和状态下0.02～34.5MPa，干燥状态下5.86～68.10MPa；软化系数0.00～0.70；抗拉强度0.18～3.77MPa；抗剪切强度0.57～9.40MPa；变形模量0.339×104～8.918×104MPa，弹性模量0.128×104MPa～6.711×104MPa，泊松比0.04～0.46；内聚力0.61～11.11MPa；内摩擦角30°04′～41°06′。岩石孔隙中等发育，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，局部具一定抗水浸能力，为弱稳定～中等稳定岩体，工程地质性质较差。泥岩:颗粒密度2.55～2.70g/cm3，块体密度2.24～2.47g/cm3，块体干密度1.82～2.27g/cm3；含水率8.69～26.30%；孔隙率15.93～32.34%；吸水率34.27～43.73%；抗压强度天然状态下0.95～3.53MPa，饱和状态下0.02～0.16MPa，干燥状态下2.33～7.69MPa；软化系数0.00～0.02；抗拉强度0.06～0.31MPa；抗剪切强度0.19～0.64MPa；变形模量0.025×104～0.237×104MPa，弹性模量0.011×104～0.433×104MPa，泊松比0.04～0.32；内聚力0.09～0.59MPa；内摩擦角31°41′～39°23′。岩石孔隙中等发育，抗水浸能力较差，抗外力和抗变形能力较差，为不稳定～弱稳定岩体。2.2.2水文地质特征（一）影响副立井井筒施工的主要含水层水文地质特征７目前副立井施工深度为250m，侏罗系中统直罗组上段裂隙孔隙含水层，揭露厚度207.90m，其中含水层厚60.80m。为富水性弱的含水层。通过井田勘探地质报告结合本次井筒检查孔施工资料分析，影响井筒施工的主要含水层为侏罗系中统直罗组裂隙孔隙水含水层及2煤～6煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层。所以确定副立井冻结段为250～482m。①侏罗系中统直罗组下段裂隙孔隙含水层（组）影响副立井井筒施工的主要直接充水含水层之一，含水层厚130.10m。岩性主要为灰白、灰褐、浅红色夹紫斑的细、中、粗粒砂岩，局部夹薄层粉砂岩和泥岩，局部含砾；砂岩的成熟度较低，分选性差，接触式胶结为主。底部为一厚层灰白、浅红色含砾石英长石粗砂岩，俗称“七里镇”砂岩，砂岩底部含石英小砾石，泥质胶结、颗粒支撑，胶结程度较差。根据副立井直罗组下段裂隙孔隙含水层抽水试验结果，地下水静水位埋深105.00m，标高1312.38m，水温12℃。当水位降深S＝11.07m时，涌水量Q＝2.534L/s，单位涌水量0.2289L/s·m，渗透系数K=0.1576m/d。据水质分析资料，地下水矿化度12635mg/L,为盐水；PH=7.89,为弱碱性水；总硬度193.66，为极硬水；地下水化学类型为CL·SO4-Na·Mg型。②2煤～6煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层（组）本含水层（组）岩性由灰白色不同粒级的砂岩组成，粉砂岩和煤层呈互层状夹于含水层之中。含水层厚度109.27m，地下水水位水头标高1310.21m，水温14℃。含水层富水性属弱含水层。根据副立井检查孔抽水试验结果，当水位降深S＝37.14m时，涌水量Q＝0.863L/s，单位涌水量0.0232L/s·m，渗透系数K=0.0183m/d。据水质分析资料，地下水矿化度11921mg/L,为盐水；PH=7.43,为弱碱性８水；总硬度130.92，为极硬水