朱集矿主井冻结壁和井壁结构设计

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1、朱集矿主井冻结壁和井壁结构设计第一章国内外冻结壁和井壁设计现状概述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。我国煤炭资源埋藏深度在1000～2000m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。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。20世纪90年代中期以来，深井建设的平均深度有

2、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，表土覆盖层较薄的煤田已经开采，新建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590m、展沟矿620m、口孜西矿680m

3、；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。目前，我国通过深厚表土地层的凿井方法主要有冻结法和钻井法。由于冻结法施工适应性广、在施工过程中后续手段多、施工速度快，因此，在工程中得到更多的应用。对煤矿井筒施工来说，穿越表土地层深度的大小是反映井筒施工技术水平高低的一个重要标志，冻结表土地层深度的大

4、小又是反映冻结技术水平高低的一个重要标志，目前各主要使用冻结法凿井国家的最大冻结深度如下：英国为930m，加拿大915m，波兰725m，中国740m，比利时638m，德国628m，前苏联620m，法国550m，荷兰338m45。目前，我国已建成的井筒，最大冻结深度740m口孜东矿冻结。我国已成为世界上采用冻结法凿井最多的国家和冻结深度最大的国家之一。解决东部地区600～800m深厚冲积层冻结法、钻井法凿井技术以及1000～1500m井筒地面预注浆技术是今后特殊凿井领域要重点研究的课题。1.2国外冻结

5、法凿井的研究现状国外对冻土温度场的研究己有160多年的历史，但早期由于测试手段的限制，对冻土温度场的认识只是处于一种表面的和感知状态.直至20世纪早期，俄国成立了冻土研究委员会后，才开展了较为广泛的研究。20世纪中叶(1945-1960年和1961-1971年)又经历了两个较快的发展时期，先后开展了与温度场有关的热力学、热物理学、土壤水热改良、工程建筑地基稳定性以及地球表面和岩石圈层的形成等方面的试验研究和以解析解为主的理论计算研究。20世纪70年代后，计算机和数值方法在前苏联冻土领域得到了广泛应用

6、，使以前许多难以解决的具有复杂几何形状和地质条件、考虑热质交换的非线性问题在深度和广度上都有了新的发展。真正开始理论性研究并被公认为这门学科理论奠基人的是前苏联学者CymtnhM.在温度场等热物理研究方面以KypbuebB.A为杰出代表。北美西北欧的一些国家和地区，与前苏联一样，出于自然资源的开发需要，也推动了冻土温度场及其相关学科的研究进展。20世纪初阿拉斯加金矿的开采和1942年北美战备公路的严重冻害的出现，促进了对温度场理论上的较全面研究。在加拿大，这项研究的蓬勃发展主要起源于对极地多年冻土区

7、石油、天然气等资源的开发。上世纪70年代，这些国家相继进入了研究的高潮。除自然资源的开发需要外，现代监测技术和计算机技术在冻土研究领域中的应用也加速了该学科的发展。BonaicinaC和FasanaAc(1973)求得了一维非线性温度场的数值解，同期，还开展了与温度有关的其他问题的科学研究。1.3我国冻结法立井施工技术发展历程自1955年从波兰引进冻结凿井技术并开凿了开滦煤矿林西风井首次应用成功后，很快在河北、安徽、江苏、山东、河南、山西、辽宁、黑龙江、内蒙占、吉林等省区推广应用。50多年来，应用冻

8、结法施工了700多个立井井筒，累计冻结井筒延伸达150km，最大冻结深度702m，冲积层最大厚度587.4m，成为通过不稳定冲积层及其下部基岩风化岩层的主要特殊施工方法。50多年的冻结法凿井发展过程如下：(1).引进推广阶段(1955～1962年)。冻结壁和井壁设计以及打钻、冻结、掘砌工艺基本上套用波兰和前苏联冻结凿井的有关规程规范。共施工39个立井井筒，累计冻结井筒3582m，冲积层最大厚度154.8m，冻结最大深度162m45。总体水平是初步掌握了小于200m冲积