煤矿冻结法开凿立井工程技术106页PPT
煤矿冻结法开凿立井工程技术
表4.2.1-1
石灰石粉的细度、密度、水分应满足设
计要求。 3 聚苯乙烯泡沫塑料板 冻土与井壁间所采用的聚苯乙烯泡沫塑料 板物理力学性能指标应符合附录D表D中的 规定。 4 可压缩木屑板 可压缩木屑板的厚度应根据所需的压缩量 确定，一般采用6～20mm。板材性能应满 足压应力值为35N／mm2时，压缩率为30 ％～40％。
2．1．15冻土压力 pressure Of freezing wall 井壁支护后，冻结壁蠕变变形及融土回冻冻胀等因素作用 于井壁上的径向压力的统称，是临时荷载，亦称冻结压力。 2．1．16井壁 shaft lining 在井筒开挖围岩的表面构筑一定的厚度、强度和密封性好 的整体构筑物。井壁为圆形断面，材料一般采用现浇钢筋 混凝土或混凝土，混凝土应具有早强高强的特性。井壁结 构形式一般有单层、双层、双层混凝土塑料夹层复合井壁 等。 2．1．17双层井壁 double-layer lining 由外层井壁和内层井壁组合而成。外层井壁由上而下随 井简短段掘砌直至冻结段底部，其厚度和强度应能承受冻 土压力的作用；外层井壁施工结束后，内层井壁由下而上 连续一次浇筑至井口，其厚度和强度应能承受静水压或负 摩擦力的作用。内外层井壁材料，目前我国采用钢筋混凝 土和混凝土。
2．1．18双层混凝土塑料夹层复合井壁 double-layer concrete composite shaft lining with a plastic-plate sandwich 在双层混凝土井壁的内外层井壁之间铺设一层或两层厚 1．5mm聚乙烯塑料板而成。设置塑料板后，制止了内层井 壁的温度裂缝，井壁防水性能好。 2．1．19砌块沥青钢板混凝土复合井壁steel-concrete-bitum sliding lining 外层井壁由混凝土预制块和可压缩板构成，内层井壁为钢筋混 凝土结构，分段构筑。内外层井壁之间设置沥青和钢板。钢 板封水性好，井壁不漏水，沥青柔性好，在外力作用时，有 缓冲均压作用。允许井壁产生一定的曲率半径。故又称柔性 井壁。 21.20装配式铸件混凝土复合井壁 shaft tubbing 装配式铸件混凝土复合井壁又称丘宾筒。由铸铁或钢带有凸 缘和加强肪的弧形板，在井下装配成筒体，并在其后充填混 凝土。
冻结法演示稿
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第三章 岩土工程的混凝土帷幕技术理论 §3-1地下连续墙的发展 §3-2连续墙的设计理论研究 §3-3连续墙的施工工艺研究 §3-4 地下连续墙的施工技术 第四章 岩土边坡支护的土钉墙技术 §4-1土钉墙发展现状 §4-2土钉作用机理研究 §4-3土钉墙的稳定理论研究 §4-4土钉墙的设计与施工技术研究
• Kn -----某一计算深度的土层水平侧压力系数。 经验值为：流砂 0.757, 松散土层 0.526, 软地层 0.387, 弱岩层(f=1) 0.164, 中硬岩层(f=1~4) 0.017 , 坚硬岩层(f=4~16) 0.004, 最硬岩层(f=16~20) 0.0012. • (2) 悬浮体理论公式: • p=（nhn + n` hn ` ）Kn + H • 式中 1、 2 · · n ----地下水位以上各土层的容 · 重； • h1、h2· ·n ----地下水位以上各土层的厚度； ·h
• 四. 冻结壁及支护结构设计 • 1. 作用在冻结壁上的荷载：冻结壁的自重、 地层土压力和水压力。 • 作用在支护结构上的荷载: 支护结构的自 重及其上的设备自重，地层的水、土压力， 施工时的冻结压力和吊挂力等。 • 2. 荷载的确定：仍是研究课题，目前应用 的地压计算公式有以下几种： • （1）挡土墙理论分层计算公式： • p=（1h1+ 2h2 +· · nhn ）Kn ·+ • 式中 1、 2 · · n ----各不同土层的容重； · • h 、h · · ----各不同土层的厚度； ·h
墙的不利受力条件，将多个圆 拱或扁拱排列起来组成冻土连续墙。这样可使墙 体中主要出现压应力，同时还可利用未冻土体的 自身拱形作用来改善受力情况。 二．冻结壁设计参数 设计参数有冻土壁厚度，平均温度，布孔参 数，冻结时间。上述参数的计算与整个费用优化， 工期优化有关。 （1）根据冻结壁结构和打钻技术水平选取开孔 距离，钻孔控制偏斜率； （2）根据施工计划和制冷技术和装备水平，初 选盐水温度和积极冻结时间；
冻结法竖井施工技术
ＣＮ ４３－１ ３ ４７ ／ＴＤ
采 矿技 术
第１ ４卷
第 ４期
２ ０ １ ４年 ７月
Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０ １ ４
Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｖｏ １ ． １ ４， Ｎ ｏ ． ４
冻 结 法 竖 井 施 Ｔ 技 术
土层 中 的 自由水 冻结 ． 形 成封 闭 的圆筒 形冻 结壁 ， 以
抵 抗地 压并 隔绝 地 下 水 与井 筒 的联 系 ， 在 冻 结 壁 的
保 护下 进行 掘砌 作业 的施 工方 法 。在不 稳定 地层 中 施 工井 筒 时 ． 冻 结 法 具 有适 应 性 强 、 支护结构灵活、 易控制 、 隔水性 好 、 对环境 影 响小 等优 点 。
井、 北 风 井共 ５条竖 井 ， 都 穿过 第 四 系与 砂 层 ， 前４ 条竖 井均 采用 冻结 法 施 工 ． 北 风 井 前 期 采 用 注浆 法
封水 掘砌 施工 ． 施工至 ９ ７ ． ７ ｍ井深时 ． 注 浆 堵 水 无
ｌ 冻 结法竖井施工技术
１ ． １ 冻 结壁
效。 以至 无法 下掘 ， 被迫 改 为冻结 法施 工 。 南 风井井 筒净 直径 ４ ． ５ ｍ， 根据 工程 地 质 勘察 资料 ， 南 风井 第 四系土层 与 砂 层厚 度 １ ９ ３ ． ９ ５ ｍ（ ＋ ４ ０
了地 下各 水层 的水 ， 破 坏 了原 有 地 层 中 隔水 层 的隔
特 殊 的地层 以及冻结 施 工工艺 必 然使得 冻 结竖 井 的井 壁 结构 与普 通 竖 井 不 同 ， 双 层 复合 井 壁 是 目 前 国内通 用 的冻结 法 竖 井 井 壁 结 构 ， 其 原理 是在 竖 井冻 结开 挖 期 间 由外 壁 作 为 临 时 支 护 承 受 冻 结 压
煤矿立井施工(PPT41页)
立井是垂直向下掘进的，为施工服务的大量设备、管线等都要悬挂 在井筒内，且随工作面的推进而下放或接长。
立井普通法施工的一般顺序是：自上而下掘进，当井筒掘够一定深 度{一个段高（3~4m）} 后，再由下向上砌壁，掘进和砌壁交替进行。
50～60年代，立井施工作业方式以短段单行作业为主，掘砌段高一 般30m（不是一次性）左右，用挂圈背板作临时支护，料石砌壁。
为了减轻笨重的体力劳动和提高砌壁质量，60年代后期井壁结构改 为混凝土，用分节小模板支模。
井圈背板法:先在工作面架好槽钢井圈，然后向井圈后插入木板（又 叫背板）作临时支护。每掘进一段井筒（1～1.5m），便架设一道井圈 和背板。掘进一定高度后（一般不超过30m），再由下向上拆除井圈、 背板，砌筑永久井壁。适用于较稳定的土层。
04吊盘固定装置 （吊盘定位丝杠）
第三节 立井井筒的施工工序
立井井筒施工工序分三步：
表土段掘进 ❖ 第一步：立井井筒掘进
基岩段掘进
形成地下空间
普通法 特殊法
“三步” 是从大方 向上说
❖第二步：砌壁工作
永久支护
❖第三步：安装工作
安装井筒装备（不讲）
课程主要讲普通法掘进、永久支护（第一、二步）
第四节 立井井筒施工
三 第三阶段：混合作业
70年代末期，液压滑模（没见过）得到了成功应用。由于单行作业 存在着工序转换时间长和质量差等问题，作业方式逐渐过渡到混合作业。
目前普遍采用伸缩式金属整体移动式模板，作业方式还是混合作业。
混合作业的特点是不需临时支护，掘砌可以适当地平行作业，使掘 砌工序在同一循环内完成，工序转换时间少，施工速度快，而且安全。
冻结法和立井冻结工程
防护围堰断裂
我校的相关专利技术
❖ 加速冻结局部区域岩土的冻结器布置方法 ❖ 地下连续墙冻结施工工法 ❖ 软土层水平冻结法连接通道的施工方法 ❖ 液氮局部冻结器 ❖ 调空天然冷量维护冻土路基的方法 2.中国,
寒区地层变形、应力、温度监测装置
-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 温度 (℃)
工程实例
2~2.5m
硬泡沫垫板绝热 隧道上层冻土中 布置两排冻结管
苏黎士Limmat河下隧道
工程实例
维也纳Meidling电信大楼下 的冻结隧道
条件：距基础1.6m 要求：沉降<5mm
倾斜<1:500
方法：65×22m冻土板
✓积极冻结期 ✓消极（或维护）冻结期
2 立井工程冻结法
冻结法凿井主要工艺过程包括： —— 冷冻站安装 —— 钻孔施工 —— 井筒冻结 —— 井筒掘砌
等四大内容
1 基本概念
上海地铁4号线工程事故(2003-7-1，直接损失1.5亿元)
七月一日九时许， 流沙涌入建设中 的上海地铁四号 线(浦东南路至南 浦大桥)区间隧道 中的浦西联络通 道，造成严重的
1、冻土的基本性质
人工冻土较未冻土： 具有较高的强度和稳定性，并改变了其物理力学性质
冻土功能：工程材料或地下空间承挡结构。 共同点：物理和力学性质是设计、计算和施工的基础 特 点：冻土的力学性质是温度和时间的函数
物理、力学、热物理性质
冻土形成的5阶段
冷却段 →过冷段→温度突升段→稳定冻结段→冻土降温段
600
550 531
500
435
400
300
200
100
0
英国 美国 波兰 比利时 加拿大 前苏联 法国 德国 中国
一建矿业学习资料 立井施工PPT课件
案、现有设备状况、操作维修水平等选择。
•抓岩机斗容的选择
q p0t 3600k1k2
q ≤qB
式中：p0－根据施工进度和循环时间确定的装岩生产率，m3/h； t—放炮后开始抓岩到清底前这一阶段抓斗抓取一次的时间，25～35s；
K1—抓岩机工时利用率。与很多因素有关，一般可取0.6～0.9； K2 —抓斗抓满系数。第一阶段抓岩时，可取1.0～1.1。
3 立井施工 Vertical Shaft Drill Construction
立井，又叫竖井，是地下工程中的常见工程，山岭隧道、 水电工程、城市地铁等市政工程、水利工程以及军事国防工程 等都离不开立井的使用和施工。尤其是地下矿山，使用更为广 泛，由于它是整个矿井的总出入口，地位显得更加重要。随着 我国交通、水利事业的快速发展，长距离的公路、铁路、引水 隧道，出于施工和运营的需要，开凿的竖井也越来越多。例如 长18km的秦岭公路隧道设置了三处通风竖井，长14.89km的“引 大入秦”水利工程中的顶山隧道开凿有8个竖井。学习和掌握立 井施工技术是非常重要的。
固定装
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3.4.2 抓岩机的选择
抓岩机是立井施工设备选择中必须最先进行的设备，它的合理性与否 直接关系到整个井筒机械化配套的合理性。选择抓岩机时首先应根据施工 进度要求估算必须的抓岩能力，然后结合与其它设备、工艺的配套要求选 出抓岩机的类型和数量。
•抓岩机类型的选择
抓岩机类型可根据井筒的深度、直径、围岩稳定性、机械化配套方
2020/12/2
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3.1.2 立井的类型与结构
采用立井开拓的煤矿一般有两个或两个以上的立井井 筒。根据井筒的用途不同，立井井筒一般分为三种： 主井、副井和风井。
主井：专门用来提升煤炭的井筒称为主井。主井内设
冻结法凿井技术在立井施工中的应用
冻结法凿井技术在立井施工中的应用1 冻结法凿井原理冻结法起源于天然冻结，随着人工制冷技术的发展和应用，出现了人工冻结。
冻结法在矿井建设中多用于立井的开凿，井筒直径大小和深度基本不受限制。
通常，当存在不稳定地层或含水极丰富的裂隙岩层，地下水含盐量不大，且地下水流速较小时(流速V＜17～10m/s)，均可使用冻结法。
冻结法凿井就是在不稳定含水地层中进行施工时，利用人工设置的冻结管，在冻结管内循环冷媒剂，将井筒周围岩层的热量带走，冻结形成封闭的圆筒——冻结壁，抵抗地压、承受水压力和隔断地下水，在冻结壁的保护下进行开挖地层和砌筑井壁的一种特殊施工方法。
冻结法凿井在煤矿特法建井中具有明显的优势，既能用于不稳定的含水层,又可用于基岩含水层，既可应用于立井，又可应用于斜井及风道口工程，适应性强，安全可靠。
2 工程实例某煤矿主井井筒深度805m，井筒净直径7.5m, 最大掘进直径12.4m，最大掘进工作面积121m2；井筒采用双层钢筋混凝土井壁支护, 双层井壁自上而下分5次变厚, 其总厚度为1.10～2.30m，井壁混凝土强度等级为C40～ C75；内外壁之间夹2层1.5mm厚的聚乙烯塑料板, 外壁外侧增加1层厚25～75mm的聚苯乙烯泡沫板。
该矿矿区表土层厚568.45m，主要成分为砂(砾)、砂质黏土、黏土。
砂砾层富含水, 最厚的砂(砾) 层为18.00～19.51m，砂砾层累计总厚度为309.5m，黏土层累计厚度为253.7m。
根据井筒地质检查孔冻土试验报告, 该井筒表土层厚, 黏土层含水量小，试验土层的冻结温度较低，其土层冰点温度平均为-1.7℃，最低达-2.8℃；冻土强度偏低，冻胀特性明显, 试验各个土层最大冻胀力平均为0.58MPa, 土层最大冻胀率平均为3.06%。
2.1 冻结技术与制冷设备2.1.1 冻结技术设计参数1）冻结深度。
冻结深度确定合理，可节省冻结费用，保证井壁质量，加快建井速度，同时能防止涌水冒砂事故，做到安全可靠。
冻结井冻结段快速施工工法课件
冻结井冻结段快速施工工法HXGF-KJ1-2009山东华新建筑工程集团公司立井井筒工程量占矿井建设总工程量仅3.5％～5％，但其建设工期却占总工期的40％左右。
随着市场竞争及提高经济效益的要求，加快立井施工速度，是缩短矿井建设工期的关键，特别是冻结井增加了冻结工期和费用，加快施工速度尤其重要。
我公司自施工冻结井以来，对冻结井筒立井机械化快速施工进行了长期的研究与实践，在鲁新副井的施工中成熟地利用了超大荒断面冻结立井井筒机械化配套作业线，井筒冻结段自2008年9月11日正式开工，到2008年12月10日外壁施工完成共3月计成井271.0m，平均月成井90.4m。
创同行业超大荒断面冻结立井井筒快速施工新记录，并且经过多年来国内、外各类冻结立井井筒施工实践，形成了大荒断面冻结立井井筒机械化快速施工综合配套的施工方法。
一、特点1．根据冻结立井井简直径、深度及地质条件来合理的配置机械化装备，特别是采用挖掘机下井挖土装罐，工作面清底，节省了大量人工；解决了因单钩提升，吊桶装载距离远，出矸时间长的问题，提高工效近6倍。
2.解决了立井施工，井下装矸时间太长对施工循环周期的影响，缩短了循环周期，有利于实现正规循环作业。
实现了冻结立井井筒快速施工。
3．井筒开凿后立即进行永久支护，减少了岩层的暴露时间。
不需进行临时支护，节省临时支护时间和材料，既减化了施工工艺，确保了施工安全，又有利于降低工程成本，增强企业的竞争力。
4．各工种实现专业化，按“滚班制”作业，充分调动了人的主观能动性。
5．掘砌段高一般2.5～4.28m，有利于爆破循环的实施，充分发挥机械化装备的优势。
二、运用范围1．本工法广泛适用于煤炭、黑色金属、有色金属、稀有金属和非金属等各类矿山工程立井冻结井筒施工。
2．适用于井筒净直径不小于Φ5.5m，荒断面Φ6.5m以上。
3．井筒深度无限制，井筒断面越大越能发挥该工法快速施工性能。
4．井筒荒断面越小将影响配套机械化设备效率的发挥，施工速度、井壁质量等将受到一定的影响。
立井施工技术ppt课件
2.7立井冻结段内壁施工工艺
（3）壁座施工 井筒冻结段壁座掘进的同时，采用锚网喷一次支护，壁座施工4m左右
供电、通风、压风、排水、砼制做、机修场区、库房、生产区办公
及进班室、生活区等。
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2、施工工艺
采用短段掘砌混合作业工法施工，及井筒表土段采用“立井冻 结表土机械化快速施工工法”施工，基岩段采用“立井机械化快 速施工工法”施工。核心工艺为“四大一深”（大绞车、大吊桶、 大抓岩机、大模板、深孔光爆）
表土段外壁掘砌施工工艺流程为： （立井冻结满足试挖条件）-->表土掘进-->铺设泡沫板-->绑
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2.6立井表土段施工工艺
2、表土段砌壁 表土段（冻结段外壁）采用整体金属模板砌筑。单排钢筋段施 工，直模和刃脚用螺栓连接成整体；双排钢筋段，刃脚与直模分开 使用，刃脚采用保险绳锁在模板下方，并采用模板裤衩绳悬吊，模 板下设加强版防止模板变形。模板由地面稳车悬吊，刃脚的高度与 竖向钢筋的丝头长度一致（正常采用直螺纹机械连接）。 立模施工工艺：在工作面掘够一个段高并找平后，先铺设泡沫 板、绑扎钢筋，再用砂子回填竖向钢筋的接头部分，最后落模板浇 灌砼。若为双排钢筋，则工作面找平后，先校正刃脚扎筋、立模。 井壁砼由地面搅拌站配制，绞车挂底卸式吊桶下料，经吊盘设 置的分灰溜灰系统入模，入模砼采用振动棒分层震捣。有条件时， 可采用商品砼施工，井口需要设接料平台。
施工单位：按照施工组织设计配备施工设备及生产、生活设施，所 有施工设备均应有出厂合格证明和使用说明书，需要检测检验的设 备及送检的材料设施应由有资质的检测机构提供合格证明。工程实 体所用原材料，应符合设计规定及有关规范和产品质量标准，具有 合格证明，并经有资质的质量检验机构检验合格后方可使用。