邹庄矿副井井筒冻结工程设计说明书.docx
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邹庄矿副井井筒冻结工程设计说明书
邹庄矿副井井筒
冻结施工组织设计说明书
淮北矿业集团工程建设有限责任公司
二零零九年四月
设计人员:
梅小冬
机电科长:
赵军
技术副总:
魏允伯
机电副总:
权胜利
总工程师:
许绍明
第一章设计依据与井筒概况
1.1设计依据
1.1.1邹庄矿井筒冻结工程招标书(编号:
淮煤GC09-028)
1.1.2副井井筒预想柱状图
1.1.3邹庄煤矿中央风井检查孔中间资料
1.1.4邹庄煤矿井筒检查孔地质报告
1.1.5邹庄煤矿副井筒检查孔冻土物理力学性能试验报告
1.1.6邹庄矿井工业场地总平面布置图
1.1.7《矿山井巷工程施工及验收规范》(GBJ213-90)
1.1.8《煤矿井巷工程质量检验评定标准》(MT5009-94)
1.1.9《煤矿安全规程》
1.1.10淮北矿业(集团)工程建设有限责任公司的《质量手册》《质量体系程序》及有关管理文件
1.2井筒概况
1.2.1矿井地理位置
邹庄矿位于淮北市濉溪县南坪镇,其中心距宿州市约25Km,本区北部有省道宿蒙公路和青芦铁路支线,交通十分便利。
1.2.2井筒基本情况
邹庄矿井是国家“十一五”规划项目,矿井设计能力240万吨/年,已列入淮北矿业集团公司自筹资金建设计划中,资金已落实。
邹庄矿井交通十分便利,工业广场地势平坦,主井、副井和风井三个井筒位于同一工业广场内。
其主要技术特征如下表:
序号
名称
单位
副井
备注
1
井口
座标
X
mm
3703595.000
Y
mm
39487915.000
2
井口设计标高
m
+26.20
3
净直径
m
Φ6.8
4
净断面
m²
36.30
5
表土层厚度
m
259.35
6
冻结段井壁厚度
mm
1200~1250
7
井筒掘进直径
m
Φ9.8
8
冻结深度
m
330
第二章井田地质、水文和地温特征
2.1井田地质特征
根据检查孔地质报告得出:
副井井筒表土段累计厚度为259.35m,其中粘土占表土段的75%;风化带厚度为46.90m。
(详见邹庄矿副井钻孔地质表)。
(1)第四系、上第三系松散层厚度大,而且粘土所占比例较大,遇水易崩解松散,工程地质条件复杂,对井筒冻结施工不利。
(2)180m以上的粘土含水率大,为11.30~41.40%,一般24%左右;180m以下的粘土仅为9.0~31.30%,一般19%左右。
(3)上第三系粘土厚度大、致密、可塑性强,局部含有钙质及较多钙质、铁锰质结核,膨胀量为0.030~3.500,自由膨胀率为15~160%,属典型的膨胀土。
(4)基岩段以坚硬状碎屑岩类为主。
泥岩抗压强度低,多属软岩类,岩体质量较差;粉砂岩岩石质量中等;局部砂岩由于受应力挤压,岩芯破碎,岩石质量较差,浅部基岩风氧化带岩石质量较差。
邹庄矿副井钻孔地质表
地层年代
序号
累深(m)
层厚(m)
岩石名称
地层年代
序号
累深(m)
层厚(m)
岩石名称
第四系及第三系
1
10
10
表土
第四系及第三系
37
133.95
3.4
粗砂
2
13.4
3.4
粘土
38
138.55
4.6
粘土
3
17.95
4.55
粘土质砂
39
142.05
3.5
砂质粘土
4
19.45
1.5
粘土
40
152.9
10.85
粘土
5
23
3.55
粘土质砂
41
155.2
2.3
砂质粘土
6
26.35
3.35
粘土
42
158.9
3.7
粘土
7
28.85
2.5
粉砂
43
161.1
2.2
砂质粘土
8
33.4
4.55
粘土
44
165.1
4
粘土
9
36.4
3
砂质粘土
45
170.85
5.75
砂质粘土
10
39.4
3
粘土
46
183.1
12.25
粘土
11
41.6
2.2
砂质粘土
47
185.4
2.3
砂质粘土
12
42.8
1.2
粘土
48
209.5
24.1
粘土
13
52
9.2
粉砂
49
217.1
7.6
砂质粘土
14
53.45
1.45
砂质粘土
50
223.9
6.8
粘土
15
55.1
1.65
粘土质砂
51
235.8
11.9
砂质粘土
16
61.8
6.7
粘土
52
238.5
2.7
粘土
17
63.35
1.55
粉砂
53
241.95
3.45
砂质粘土
18
64.1
0.75
砂质粘土
54
244.65
2.7
粘土质砂
19
70.45
6.35
粉砂
55
248.35
3.7
细砂
20
72.6
2.15
粘土
56
253.4
5.05
砂质粘土
21
74.2
1.6
砂质粘土
57
254.95
1.55
粘土质砂
22
79.6
5.4
粘土
58
256.15
1.2
砾石
23
82.6
3
粉砂
59
257.1
0.95
砂质粘土
24
85.05
2.45
粘土
60
259.35
2.25
砾石
25
86.35
1.3
细砂
第二叠系
上
石
盒
组
61
270.53
11.18
泥岩
26
92.15
5.8
粘土
62
271.53
1
粉砂岩
27
94.15
2
砂质粘土
63
276.16
4.63
泥岩
28
97.25
3.1
粘土
64
278.21
2.05
细砂岩
29
100.75
3.5
砂质粘土
65
285.36
7.15
泥岩
30
106.6
5.85
细砂
66
286.57
1.21
细砂岩
31
109.15
2.55
砂岩盘
67
300.02
13.45
泥岩
32
112.55
3.4
砾石
68
306.97
6.95
细砂岩
33
117.85
5.3
粘土
69
318.97
12
泥岩
34
118.25
0.4
粉砂
70
325.39
6.42
粉砂岩
35
126.75
8.5
粘土
71
334.81
9.42
泥岩
36
130.55
3.8
细砂
72
335.98
1.17
粉砂岩
第三章冻结方案和深度的选择
3.1冻结方案
根据邹庄矿井筒冻结工程招标文件要求副井井筒冻结采用主排孔+辅排(外)孔+辅排(内)孔冻结方案。
其中主排孔设计采用差异冻结方式,深度为330/294m;辅排外、内孔深度均为270m。
主、辅冻结管均采用盐水正循环。
考虑到夏季处于积极冻结期,冻结站采取双级压缩制冷方式。
3.2冻结深度
根据邹庄矿井筒冻结工程招标文件要求,副井冻结深度为330m。
第四章冻结技术参数的设计
4.1冻结壁厚度
根据邹庄矿井筒冻结工程招标文件要求,副井冻结壁厚度为5.5m。
4.2冻结孔、测温孔和水文孔布置
4.2.1钻孔布置参数
序号
项目名称
单位
副井
备注
1
冻结
圈径
主排
m
φ18.0
辅外
m
φ13.0
辅内
m
φ12.1
2
冻结
孔数
主排
个
46
辅外
个
12
辅内
个
12
3
冻结孔开孔间距
主排
m
1.23
辅外
m
3.4
辅内
m
3.2
4
冻结孔
深度
主排
m
330/294
辅外
m
270
辅内
m
270
5
测温孔
外侧
个/m
2/330
辅助
个/m
1/294,1/270
6
水文孔
2含
m
57
3含
m
143
设置1根内套管,用于报导1含水层
4含
m
260
7
钻孔工程量
m
22516
4.2.2冻结管、水文管、测温管结构设计
4.2.2.1冻结管:
主排孔采用φ133×6mm,材质为20#(8163)低碳无缝钢管,内接箍连接方式;辅排孔均采用φ159×6mm,材质为20#(8163)低碳无缝钢管,内接箍连接方式。
4.2.2.2水文管:
采用φ108×4.5mm,材质为20#(8163)低碳无缝钢管,外接箍连接方式;;其中3含水文孔内置1根长度为30m的无缝钢管(φ57×3.5mm),用于报导1含水层。
4.2.2.3测温管:
采用φ108×4.5mm,材质为20#(8163)低碳无缝钢管,外接箍连接方式。
4.2.3水文孔布置:
共设3个,深度分别为:
57m,143m,260m。
4.2.4测温孔布置:
共设4个:
外1、2测温孔深度均为330m;主、辅排(外)孔中间测温孔深度为294m;内侧测温孔深度为270m。
4.3冻结时间的估算
4.3.1冻结壁交圈时间T
砂土层冻土发展速度平均按25mm/天,钻孔按最大背向偏斜距离计算:
T=56天
4.3.2井筒开挖时间T1
按《煤矿安全规程》第三十条规定:
T1=T+7=63天
4.3.3井筒外壁掘砌、套壁时间T2
按邹庄矿井筒冻结工程招标书规定:
井筒外壁掘砌速度为110m/月,井筒内壁套壁速度为320m/月计算,T2=115天
4.3.4积极冻结期时间T3
粘土层冻土发展速度平均按20mm/天,钻孔按最大背向偏斜距离计算:
T3=99天
4.3.5维护冻结期时间T4
T4=T1+T2-T3=79天
第五章冻结制冷系统的设计
5.1氨系统计算
5.1.1设计参数的选取
设计盐水温度为:
-32℃
设计蒸发温度为:
-37℃
设计冷凝温度为:
33℃
5.1.2井筒的最大需冷量
计算结果为:
250×104Kcal/h
5.1.3氨系统设备选型结果
考虑到积极冻结期在夏季,冷冻站设计采用双级压缩制冷。
冻结站安装一台活塞压缩机,以满足冻结站系统打压、抽真空等密封性试验需要。
氨系统设备选型结果
序号
设备名称
规格型号
配用电机功率
单位
数量
1
冻结机
JZ2LG20
100KW
台
15
2
冻结机
JZ2LG20
250KW
台
5
3
冻结机
8S-17
180KW
台
1
4
冷凝器
CXV—297
19KW
台
5
5
中间冷却器
ZL—16
台
5
6
蒸发器
LZL—240
3KW
台
10
7
氨贮液器
ZA—3.5
台
5
8
辅助贮液器
FZA—4.8
台
5
9
集油器
JY—500
台
2
10
空气分离器
KF—50B
台
2
11
紧急泄氨器
XA—100
台
2
标准制冷量为1080×104Kcal/h。
5.2盐水系统设计
5.2.1盐水泵选型
去回路盐水温差取5℃,盐水比重1.28kg/L,盐水比热0.625kcal/kg℃。
副井需要盐水流量为747m³/h。
选用φ273×8钢管作为盐水干管及集配液圈,采用双去双回供冷。
主排孔选用12Sh—9型盐水泵2台(1台备用),功率200KW;辅排孔选用8Sh—9型盐水泵2台(1台备用),功率75KW。
5.2.2氯化钙需用量
采用无水氯化钙:
196t(纯度为96%)
采用晶体氯化钙:
269t(纯度为70%)
5.2.3其它添加剂用量
重铬酸钠:
800kg
氢氧化钠:
216kg
5.3冷却水系统设计
5.3.1冷却水需冷量
冷却水总用量为60m³/h
5.3.2水泵选型
选用200QJ40-65/5型清水泵3台(1台备用)作为循环水泵,电动机功率为11KW。
5.4冻结主要机械设备表
主要设备一览表
序号
设备名称
型号规格
数量
生产
产地
制造
年份
额定
功率
备注
1
制冷机
JZ2LG20
15台
大连
2004年
100KW
2
制冷机
JZ2LG20
5台
大连
2004年
250KW
3
制冷机
8S-17
1台
大连
1965年
180KW
4
冷凝器
CXV—297
5台
大连
2004年
19KW
5
中间冷却器
ZL—16
5台
大连
2004年
6
蒸发器
LZL—240
10台
大连
2004年
3KW
7
氨贮液器
ZA—3.5
5台
大连
2004年
8
辅助贮液器
FZA—4.8
5台
大连
2004年
9
集油器
JY—500
2台
大连
2004年
10
空气分离器
KF—50B
2台
大连
2004年
11
紧急泄氨器
XA—100
2台
大连
2004年
12
盐水泵
12Sh-9
2台
博山
2003年
180
13
盐水泵
8Sh-9
2台
博山
2003年
75
14
清水泵
200QJ40-65/5
3台
博山
2003年
11
5.5冻结主要材料损耗量
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
液氨
T
30.4
首次充氨
2
无水氯化钙
纯度为96%
T
196
晶体氯化钙267T
3
重铬酸钠
kg
800
4
氢氧化钠
kg
216
5
盐水干管
φ273×8mm
m
320
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
6
集配液圈
φ273×8mm
m
194
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
7
供液管
φ62×6mm
m
20832
聚乙烯软管
8
主排管
φ133×6mm
m
14352
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
9
辅排管
φ159×6mm
m
6480
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
10
测温管
φ108×4.5mm
m
1224
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
11
水文管
φ108×4.5mm
m
460
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
12
内接箍
φ152×8mm
m
82
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
13
内接箍
φ122×6mm
m
182
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
14
外接箍
φ119×5mm
m
33
(GB/T8163—2008)20#低碳无缝钢管
5.6冻结设计主要技术指标表
序号
项目名称
单位
副井
备注
1
井筒净直径
m
Φ6.8
2
井筒最大荒径
m
Φ9.8
3
冲积层厚度
m
259.35
4
冻结深度
m
330
5
控制层位
m
259.35
6
冻结孔
圈径
主排
m
Φ18.0
辅(外)排
m
Φ13.0
辅(内(排
m
Φ12.0
7
冻结孔
孔数
主排
个
46
辅(外)排
个
12
辅(内(排
个
12
8
冻结孔
开孔
间距
主排
m
1.23
辅(外)排
m
3.4
辅(内(排
m
3.2
9
冻结孔
深度
主排
m
330/294
辅排
m
270
10
测温孔
孔数/深度
外侧
个/m
2/330
内侧
个/m
1/294,1/270
11
水文孔
孔数/深度
2含
m
57
3含
m
143
4含
m
260
12
钻孔工程量
m
22516
13
冻结壁平均温度
℃
-15
14
最大地压值
Mpa
3.37
15
冻结壁厚度
m
5.5
16
井筒需冷量
Kcal/h
250×104
17
冻结站标准制冷量
Kcal/h
1080×104
18
最大用电负荷
KVA
3422.49
19
盐水温度
℃
-32
20
积极冻结期
天
99
21
冻结交圈时间
天
56
22
维护冻结时间
天
79
23
开机至开挖
天
63
24
开挖至停机
天
115
25
冻结工期
天
178
26
总工期
天
225
第六章供配电系统
6.1冻结站的负荷统计及变压器的选择
6.1.1负荷统计计算
积极冻结期冻结站冻结最大负荷容量Semax=3422.449KVA。
(详见供电负荷统计表)
6.1.2变压器的选择
本设计选用3台ZXB-6/0.4-1250箱式变电站运行,变压器的容量备有一定的余量,根据冻结站的实际运行情况,完全能够保证供电的安全可靠。
ZXB-6/0.4-1250箱式变电站为6KV电压等级运行方式。
6.2供电方式
ZXB-6/0.4-1250箱式变电站选在用电负荷较集中处距冻结站约7.14m左右。
箱式变电站均采用单回路供电方式,电源取自于邹庄矿35KV临时变电所。
进户电缆采用架空敷设1根交联电缆YJV22—10KV3×185mm²自矿临时变电所敷设至箱式变电站(2#),约有200米,再从箱式变电站(2#)高压馈出柜引出2根交联电缆YJV22—10KV3×95mm²分别进入箱式变电站(1#)、箱式变电站(3#)。
箱式变电站均设高压配电室、低压配电室和变压器室。
(详见供电系统图)
箱式变电站的高压室内均装设2台真空高压环网柜,1台电源进线、避雷器及
PT柜,1台配电变压器柜。
箱式变电站的低压室均装设1台GDD型进线柜,3台GDD型馈出柜,1台GGJ电容补偿柜;其中箱式变电站(1#)另设有1台GGD联络柜。
箱式变电站变压器室内均设1台S11-10(6)/0.4-1250变压器。
6.3电缆的选择
动力电缆考虑敷设和回收的方便,低压电缆选用MY型和MVV型电缆,电缆截面的选择均按长期允许截流量选择;控制电缆按照设计和电控柜说明书选型。
6.4操作控制方式
为减小容量大的电动机起动电流对电网的影响且增大起动转矩,冻结机、盐水泵均采用自耦减压起动,清水泵、深井泵和搅拌机均采用直接起动。
为操作方便,在冻结机上配有起动、停止按钮,盐水泵在附近装设1个内有防爆式按钮的按钮箱,从而实现设备的就地操作。
为减小冻结站的氨气浓度,必须加强通风,所以要采用一定数量的排气扇进行通风。
6.5电动机的保护方式
过流保护:
各电动机的电控起动设备内都设有过热继电器,作为过流保护。
短路保护:
GDD型低压配电屏内设有瞬时动作为十倍于额定电流的DZY-20型自动空气开关,作为电动机的短路保护。
6.6保护接地与防雷
在箱式变电站的四周及冻结站的西侧垂直埋入16根长度为2.5m的50×5角钢或φ50钢管组成一个矩形接地网,埋设间距为5m;变电所和冻结站内的所有电气设备的外壳均与此接地网可靠连接接地,要求箱式变电站的接地电阻不大于4Ω,冻结站内的电气设备要求接地电阻小于2Ω。
为了防止雷电波侵入箱式变电站和冻结站内,损坏变压器和其他电气设备,在6KV线路进线处装置避雷器,箱式变电站(1#)其中1台高压环网柜内装有阀型避雷器,能起到防雷保护作用。
为了防止雷电,在3台箱式变电站附件装设避雷针1套,避雷针高度为20m。
由于冻结站有氨气散逸,为防止直击雷侵入冻结站,在冻结站设2套高度为20m避雷针,冻结站在其保护范围内。
第七章钻孔施工
7.1钻孔工程量及施工程序
7.1.1钻孔工程量(包括冻结孔、水文孔、测温孔)
副井总钻孔工程量为22516m。
7.1.2施工程序
7.2钻孔设备选择
7.2.1钻孔设备
为了保证施工工期和施工质量,本工程选择TSJ-2000型水源钻机共计
4台同时施工。
配套4台TBW-1200/50型泥浆泵,完全可以满足冻结孔供浆需要,同时又可以作为井下动力钻具钻进纠偏的动力设备。
7.2.2测斜设备
冻结孔测斜上部0~120m段采用灯光经纬仪进行测斜,120m以下及成孔采用JDT-5A型陀螺仪测斜,该仪器还用于井下动力钻具纠偏时定向。
7.3钻孔质量控制
7.3.1钻孔测斜控制
钻进0~120m段,采用灯光经纬仪进行测斜并指导钻进,每10m布置一个测点,必要时加密测点。
钻进120m段以下及成孔测斜选用JDT—5A型陀螺仪测斜,正常钻进每10m布置一个测点;根据具体情况,测点可适当调整。
成孔按每25m一个测点绘制偏斜平面图。
表土层与岩石交界面另布置一个测点,陀螺仪测斜同一点必须上下复测,发现疑点要重新测量,确保测斜资料的准确。
7.3.2钻孔垂直度
采用自动垂直钻井工具,该系统即可有效控制钻进垂直度,还可有效提高钻进效率。
表土层段冻结孔、测温孔允许偏差不大于2‰;主排孔向井心偏斜不超过0.3m,辅排孔向井心偏斜不超过0.2m;风化基岩部分偏斜不大于4‰。
其中主排冻结孔表土段的相邻两孔最大孔间距不大于2.23m(位于100m以上的靶域半径不大于
200mm,100m以下表土段的靶域半径不大于500mm),基岩段靶域半径不大于1000mm,相邻两孔水平孔距不大于4.00m;辅排冻结孔位于表土段的相邻两孔最大孔间距不大于4.0m,位于基岩的相邻两孔最大孔间距不大于4.5m;内4测温孔不得向井心偏斜。
第八章劳动组织
8.1劳动力计划表
工种
按工程施工阶段投入劳动力情况
冻结
钻孔
备注
管理人员
4人
3人
技术人员
3人
3人
电工
6人
6人
维修工
5人
9人
电焊工
5人
9人
冻安工
30人
钻工
72人
后勤人员
3人
9人
合计
56人
111人
8.2劳动力计划动态图
第九章冻结施工技术措施
9.1钻孔施工技术措施
采用钻、测、纠相结合的钻孔钻进技术,严格控制冻结孔向井内偏斜,确保钻孔垂直度,缩小冻结孔的偏差间距,加快冻结壁形成速度,为缩短凿井工程创造条件。
9.1.1冻结孔施工
9.1.1.1冻结孔布置采用日产托普康301-D全站测量仪结合20米钢尺测定孔位,孔位不得随意移动;开孔孔位与设计孔位偏
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