冻结法凿井井壁破裂原因及支护对策
井筒冻结法矿建施工技术
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井筒冻结法矿建施工技术发表时间:2019-08-21T16:41:37.103Z 来源:《建筑学研究前沿》2019年10期作者:张杰[导读] 本文主要介绍冻结施工的一些原理,以及我们所需要的问题。
根据发现的问题,提出有必要的治理措施。
核工业井巷建设集团有限公司摘要:在矿建施工过程当中,我们会运用到很多技术,井筒冻结法就是其中之一。
井筒路解法具有很多的优点。
它对环境的影响十分的小,而且井架结构容易被我们控制,具有较强的灵活性,适应性也极强。
是我们经常将井筒冻结法运用在不稳定的表土层当中。
虽然井筒冻结法比较先进,但是先进的技术当中仍然存在着很多的问题。
本文主要介绍冻结施工的一些原理,以及我们所需要的问题。
根据发现的问题,提出有必要的治理措施。
关键词:井筒冻结法;冻结钻孔;矿建施工冻结法施工的具体原理是利用物理吸热的现象,可以将土壤当中的水分冷却使之成冰。
有人在施工过程当中使用的制冷方式,通常是采用氨这种化学物质。
制冷系统是由三大种系统构成的,它们分别是冷却水循环系统、氨循环系统以及盐水循环系统。
在施工过程当中要使用一定数量的冻结孔,冻结孔主要是运用在开挖之前。
然后盐水系统当中的低温盐水会因为吸收了周围的热量,使周围环境形成冻结圈,冻结圈慢慢扩大,形成一个冻结壁。
因此我们可以看做施工过程实际是在冻结壁的保护下进行的。
但是因为这种施工方法有很多的不确定因素,容易发生冻结管断裂。
而且工作体面的冻结币,有时还会发生变形等问题。
1、井筒冻结的方式1.1、局部冻结处理方法井筒冻结技术具有很多的方法。
当我们遇到含水层,在冲击层的中下不时,在这种情况下,上半部分一般不需要冻结。
同理,我们可以知道,当不稳定的含水层处在上部以及下部的时候,那么我们的中部就没有必要冻结。
如果我们所遇到的水层以前出过事故,或者是因为其地形太过于复杂,而需要进行冻结的时候,一般采用普通的冻结方法就可以。
如果我们所遇到的水层以前出过事故,或者是因为其地形太过于复杂,而需要进行冻结的时候,一般采用普通的冻结方法就可以。
冻结法凿井井壁破裂原因分析及对策
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中央 并 列 式 通 风 系 统 。矿 井 投 产 时 共 布 置 3个 井 筒 , 别 分
为 主 斜 井 、 立 井 和 回风 立 井 。 主斜 井 净 宽 5 0m, 筒 倾 副 . 井 角 1 。 斜 长 7 0 0m ; 6, 4 . 副立 井 净 直 径 9 0m, 深 2 0 0m; . 垂 1 .
江
第 3期
NO.3 2 2 01
JA NGXIC I OAL S E CI NCE & TECH NOL OGY
冻 结法凿 井井 壁破 裂 原 因分 析及 对 策
贾成 刚
( 中煤 科 工 集 团武 汉 设 计 研 究 院 , 北 武 汉 4 0 6 ) 湖 30 4
3 井壁破 裂 原 因分析 及 对 策
3 1 井 筒破 裂情 况 .
井 筒 所穿 过 的含水 层 由上 至下 依 次 划 分 为 第 四系 孔 隙
潜 水 含 水层 、 三 系 孔 隙 承 压 含 水 层 与 白 垩 系 风 化 岩 层 孔 第 隙 、 隙承 压 含 水 岩 层 以及 白 垩 系 煤 系 地 层 裂 隙 承 压 含 水 裂 层 。其 中 第 四系 孔 隙潜 水含 水 层 和 第 三 系 孔 隙 承 压 含 水 层 属 中等 富 水含 水 层 , 它 含 水 层 富 水 性 弱 。副 立 井 和 回风 其 立井 井 筒 松散 地 层 涌水 量 1 . 9 1 . 1m3 h 风 化岩 层 涌 3 1 ~ 4 6 / , 水 量 9 1 ~ 1 . 1r3 h 基岩 涌 水 量 2 3 ~ 2 6 / 。 . 9 0 1 I/ , 1 . 6 . 2m3 h
s a ti h f n Cha a n o r n e o g la hea t o r p s di g n a e ,I n rM n o i ,t u h rp o o e mpr vn a l te g h o o c e ea d lyn oy o ig e ry s r n t fc n r t n a ig p l— sy e efa b r t r n o m oa d,wh c u r n e d s a tc n tu to a ey t r u h t x a so ft n t b es r t n ih g a a t e h f o s r ci n s f l h o g hee p n in o heu s a l t a aa d
关于冻结立井井壁开裂快速维修的研究与应用
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V01.41 No.3
doi:lO.39696.issn.1672-9943 2016.03.056
能 源 技 术 与 管 理
Energy Technology and Management
149
关于冻结立井井壁开裂快速维修的研究与应用
李忠森 ,车发 明,温永亮
表 2 新 庄煤 矿 回风 立 井 井 壁测 温 结 果
150
李 忠森 ,等 关 于冻 结立 井井 壁开裂 快速 维修 的研 究与应 用
2016年 6月
Jun.,2016
经初步分析 ,该段井壁出现开裂 、剥落等变 形 ,主要 是 因为该 段 地 层 为粘 土 、细砂 含水 层 ,黏 土层 膨胀 系数 大 ,岩土冻 结发 展速 度不 平衡 ,在 膨 胀力 和冻 涨力 的长 期作 用下 ,井壁 局 部 出现变 形 剥落 [ ]。
粘 土 、细砂层 ,中间夹粗 砂 薄层 、砂 质粘 土 。施工 时 该 段 曾 出现严 重 片帮 ,井帮 出现 淋水现象 。
表 1 新庄矿 井回风立井井简地质素描
1 井筒概 况
新庄煤矿回风立井设计井深 966.6 m,井筒净 直径 7.5 m,其 中表土层厚度 为 210 m,采用 冻结 法 施工 ,冻 结 深 度为 902 m,采 用 双层 钢 筋混 凝 土 内 、外层 井壁 支 护 。历 经 5个 月 的时 间 ,该 矿冻 结 段 井筒 的外 层井壁 共施 工 560 m。
(a)井 筒 支 护 示 意
(b)相 关 部 件
1.锚杆 ;2.钢楔 ;3.钢筋网片 ;4.筛 网片;5.托盘 ;6.井圈 ;7.井 圈连接板 ;8.井圈连接板螺栓 ;9.螺栓孔眼 ;10.纵向连接钢筋 图 1 回风 立 井 一165 m、一181—187 m 井 壁 锚 网 +井 圈支 护 示 意
煤矿立井井壁破裂的原因与预防加固措施
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认为井壁的破裂是 由于竖向应力所引起的。 产生竖 向
附加 应 力 的 原 因 主 要是 由 于底 部 含 水 层 疏 水 、 季节 温度 变
化以及冻结井壁的冻融 等因素, 其中底部含水 层疏 水是 主
煤 矿 立 井 井 壁 破 裂 的 原 因 与 预 防 加 固措 施
王 兵
( 山西 省 煤 炭 工 业厅 基 本 建 设 局 , 山西 太 原 0 0 0 3 0 6)
体 的界面作用 ,从而在壁外侧 面产生 了一个 向下 的摩擦
力 ;季节温度 的变化引起井壁相对土层 的热胀冷缩现象 , 从而使井壁外侧面产生一个摩擦力。
则, 将内外井壁按整体厚壁 圆筒或组合 圆筒设计理论 进行
设计 , 视井 壁抗附加应力 的能力 , 重 在易发生破坏 的区段 内, 提高井壁的强度 和刚度 。内、 井壁 之间的间隙 , 外 不能 结合成一个整体 , 外井壁接茬多 , 防水性差 , 因此 , 内壁 的 厚度和强度是否能承受水压应在设计 时加 以考虑。 冻结法 施 工形成的冻土壁 , 对井筒仅是 一种临时支护 , 凿井完成 后, 其作用就会 消失 , 相反会构成对井壁 的原始破坏 , 解冻
立井井壁 的破裂严重影响着矿井的安 全生产 , 归纳起
来有 以下 几种 原 因 :
11 施 工质 量
以前的井壁受 力模 式 、井壁结构 和设 计方法是正 确
的 , 是 冻结 井壁 均 用 混 凝 土 浇 注 而 成 , 于施 工 状 况 、 只 由 管
为缓解冻结压力 , 在使用冻结法施工厚表土井壁结构 时, 外壁和井帮之 间应垫 2~3 层泡 沫塑料板 , 或采用砌块
冻结管断裂与防治
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冻结管断裂原因与防治兖矿集团新陆冻结安装有限公司戴华东齐吉龙摘要:本文通过对断裂冻结管的调查及对冻结管受力状态的分析,从工程施工角度分析了影响冻结壁位移,造成冻结管断裂的原因,并提出了工程上防止冻结管断裂的措施,这些措施在一些深井冻结中应用并取得了较好的效果。
关键词:冻土、位移、冻结管、断裂一、概述我国采用冻结法凿井已有44年历史,共开凿了420多个井筒,累计深度6.6万米,其中表土超过250m,冻结深度超过300m的冻结井有70多个。
在深井冻结中冻结管断裂是对凿井的最大安全威胁,防断管技术至今还未过关。
随着今后新建矿井表土深度的增加,如何防止冻结管断裂将是首先面对的技术问题。
根据最新资料统计目前国内外冻结井筒已有61个井发生过冻结管断裂,共断管301根,淮南深厚表土冻结井几乎都发生过断管。
如潘集2#主井断管5根、副井断管8根、西风井断管8根、南风井断管14根;潘三东风井断管22根;东荣三矿风井断管淹井;张集风井断管4根;祁东主井断管1根;济宁2#风井断管1根;岱庄副井断管1根;葛亭副井断管1根;唐口副井断管(辅孔)1根等等。
国外六七十年代深井断管也不少,如苏联扎波罗滋1#南风井断管率100%,波兰留宾铜矿断管率89.2%;加拿大雅伯1#井断管率52.5%。
世界上目前表土最深(511.5 m)的苏联雅可夫冻结井(冻深620 m)断管15根,断管率22.7%,从冻到停27个月,由此可见冻结管断裂是冻结凿井的最大威胁。
冻结管断裂造成的经济损失也是巨大的,如波兰某铜矿断冻结管6根,处理事故花费近百万元;谢桥副井断管32根,造成冻结壁开天窗淹井,又重新冻结,造成经济损失近1000万元。
二、冻结管断裂原因2.1 国内深厚粘土层中冻结管断裂调查(见表1)表1 深厚粘土层中冻结管断裂成因调查表2.2 冻结管变形规律冻结管在冻结壁中的受力状态是极其复杂的,在冻结初期井筒未掘砌,冻结壁处于三相应力平衡状态,冻结管断裂主要是由于盐水温降过快,冻结管在短时间内急速收缩,沿冻结管轴向产生拉应力而造成的;井筒掘砌后冻结壁的三相应力平衡得到破坏,将产生如下状态:掘进段高内冻结管出现两头被冻结固定,中间滞后而产生温度拉应力;冻结的土、岩层线形膨胀系数不一样产生剪切应力;沿冻结管切向的土、岩层线形膨胀系数不一样产生切向应力。
矿井井筒冻结法施工过程中的常见问题与处理
![矿井井筒冻结法施工过程中的常见问题与处理](https://img.taocdn.com/s3/m/c6dc0c37df80d4d8d15abe23482fb4daa58d1d90.png)
face bottom heave, and freezing wall deformation may occur, which seriously affect the shaft construction. These are also common problems
in the construction process of shaft freezing method, which are discussed in this article.
作者简介院张星宇(1986-),男,河北黄骅人,本科,现任中煤邯郸 特殊凿井有限公司丁家梁项目部技术部长。
环、氨循环三个循环系统构成。在井筒开挖之前,首先需要 在井筒开凿处的周边根据冻结范围的需要,打出一定数量 的冻结孔,然后在冻结孔内安装冻结器。低温盐水以循环 泵为动力在冻结器内循环流动,不断吸收周围土体热量使 其降温冻结并形成多个冻结圈,最后冻结圈逐渐扩大连接 在一起形成坚固稳定且不透水的冻结壁,以防止开凿区域 土体变形。在冻结圈的保护下可进行井筒及砌衬施工,待 掘砌施工到预定深度后并在井筒周围形成坚固砌体后,即 可停止冻结,撤出冻结器和冻结管。
1.2 井筒冻结法施工的技术特点 淤安全性好。冻结形成的坚固稳定的冻结壁,其强度 可达到 10MPa。可有效抵御围岩压力和防止土体变形,还 能隔绝地下水,增强施工区域地层的稳定性,确保施工安 全。于操作灵活。可根据冻结需要合理控制冻结体的形状 和范围,提高冻结效率。盂环保无污染。冻结施工仅通过温 度变化来改变土体形态,不会对施工区域造成污染;土方 施工主要为冻结孔打孔,土方作业量较小,对地层破坏影 响也较小。榆不影响工期。冻结施工可与其它矿井施工项 目平行作业,因此对工期影响较小。 2 矿井井筒冻结法施工过程中的常见技术问题与处理 由于施工区域地层情况的复杂性和地下空间的不确 定性,采用冻结法进行井筒施工时有时会遇到一些技术问 题。比如冻结井壁破裂、冻结管断裂、冻结壁变形、工作面 底鼓等,都是冻结法井筒施工时经常遇到的问题,通过采 取适当的措施即可消除问题隐患,保证顺利施工。 2.1 冻结管断裂 冻结管断裂主要是由于土层冻涨力对冻结管形成的 挤压作用所致,与冻结壁变形过大、冻结孔偏斜和冻结管 连接质量等都有一定的关系。特别是厚粘土层区域施工 时,冻结管断裂的现象更加常见。可采取以下措施予以防
冻结法凿井常见问题及其预防
![冻结法凿井常见问题及其预防](https://img.taocdn.com/s3/m/b171830a7dd184254b35eefdc8d376eeaeaa173a.png)
冻结法凿井常见问题及其预防介绍了冻结法凿井的原理及冻结法在国内应用概况,对冻结法凿井过程中常见的问题诸如水文观测孔阻塞、冻结孔偏斜、掘进段高的确定、冻结管断裂及冻结井外壁破裂等方面进行了探讨并提出了相應的解决办法。
标签:冻结;凿井;施工;问题一、冻结法凿井原理在开凿井筒前,将井筒周围含水层用人工制冷方法,冻结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。
二、我国冻结法凿井技术应用概况我国冻结法凿井起源于开滦矿区。
1955年,我国从波兰引进冻结法凿井技术,首次应用于开滦林西风井,获得了成功。
1956年唐家庄风井,自己设计施工,用国产设备,采用冻结法凿井,又获得了成功。
这为我国特殊凿井施工方法的推广应用开辟了新的途径。
随后冻结法凿井技术在全国得到推广应用。
三、冻结法凿井常见问题1、水文观测孔堵塞在井筒开挖前要根据水文观察孔的水位变化情况确定冻结柱是否交圈、交圈是否良好。
当冻结圆柱交圈后,井筒周围便形成一个封闭的冻结圆筒,由于水变成冰后体积膨胀,水文观察孔内水位上升,以致溢出地面,水文观察孔溢水是冻结圆柱交圈的重要标志。
2、冻结孔偏斜冻结孔施工存在偏斜情况,为了达到预期的冻结效果就要对冻结孔偏斜率提出要求: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3m;位于分化带及含水基岩的钻孔,不宜大于0.5%,但相邻两个钻孔的终孔不得大于5m;对于径向偏斜,均控制在500~800mm范围内。
当相邻两个钻孔的偏斜值超过上述规定时,应补孔,防止冻结壁开窗,涌砂冒泥,造成淹井事故。
3、影响掘进段高的因素掘进段高是指掘进段未经支护的高度。
到目前为止,冻结井筒掘进段高计算理论不少,但还没有公认的可靠的计算方法。
主要原因是影响段高的因素甚多,理想模型不能真实描述复杂的现实施工情况。
目前只能采用工程类比法,按施工经验选取。
由于段高大小直接影响施工速度、施工安全、井壁质量及经济效果,所以,一直为人们所重视。
冻结法施工井壁开裂的原因分析及防治措施
![冻结法施工井壁开裂的原因分析及防治措施](https://img.taocdn.com/s3/m/e0f3f7f7fab069dc502201af.png)
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建 筑 与工 程
C hi n a s c i e n c e a n d T e c h n ol o g y R e vi e w
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冻结 法 施 工 井 壁 开 裂 的 原 因分 析 及 防治 措施
彭
( 安 徽理 工大 学 安徽 淮南
贺
安徽 淮北 2 3 5 0 0 0 )
2 3 2 0 0 1 ; 淮北 矿 业集 团 孙瞳 煤矿
[ 摘 要] 近年来, 国内有不少井筒通过膨胀粘土层所采取的对策不合适 , 致使井筒在该段出现不同程度的破坏 。 该篇文章首先分析了导致孙瞳矿北风井井 壁破裂的主要因素, 并在此基础之上, 提出了切合实际的防破措施。 [ 关键 词] 立井, 冻 结法 , 井 壁开 裂 。 粘 土 中图分类 号 : T D 2 6 5 . 3 文献标 识码 : A 文 章编号 : 1 0 0 9 — 9 1 4 X ( 2 0 1 4 ) 0 3 — 0 1 4 1 — 0 1
2 . 2 井筒 旗工方 面
井筒掘进 到 1 3 0 m时 , 仅 冻结 1 0 0 天, 同 时 由于辅 助孔 的影 响 , 局部 井帮 温度
( 1 ) 缩短掘进段高。 下部粘土层段高改为2 m, 同时保证井帮暴露时间不大
于1 8 h 。
过低 , 致使井帮四周粘土层冻结壁蠕变变形能力不一致, 使得外壁所受荷载不 均匀 , 造成 井壁 容易 破坏 。
井筒冻结法施工的常见问题及防治措施
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井筒冻结法施工的常见问题及防治措施摘要:冻结法在井筒不稳定表土层的施工中得到了广泛的应用,同时,随着社会经济的不断发展,人口的不断增长和空间的相对缩小,开发地下空间己经成为人类扩大生存空间的重要手段和发展趋势,目前,在其他地下工程的施工中,冻结法也得到了大量的使用。
但随着掘进技术的不断发展和作业深度的不断增加冻结法施工的一些技术缺陷也逐渐暴露出来,给提高井筒建设质量带来了不少困难,必须应引起建设者们的高度重视。
本文分析了当前冻结法施工中较为常见问题,并针对其产生原因,提出相应的防治措施。
关键词:井筒冻结法;常见问题;防治措施由于我国地层条件比较复杂,在一些地区井筒建设无法采用普通凿井法凿井,需要采用冻结法、沉降法和盾构法等特殊凿井技术进行建设;当建设井筒地层为不稳定厚表土层时,采用的施工方法主要以冻结法为主;并且煤矿向深部开采延伸,其井筒往往要穿过特殊地层,如过含水丰富或碎破的基岩,都要采用冻结法施工;因此,冻结法施工是广泛采用行之有效的技术方法之一。
以某矿为例,在建井时期,由于井检孔资料涌水量情况测定不准确,井筒下部涌水量较小,故上部井筒施工采用冻结法,下部采用普通法凿井,当井筒掘砌至下部时,井下涌水量较大,无法继续进行掘砌,只能再次使用冻结法冻结,随后进行施工。
1、井筒冻结法的概述所谓的冻结法是指在地下工程施工之前,采用人工技术制冷,将地下工程周围的含水或者含有松散碎石岩层冻结,形成冻土结构物、冻结壁,用来承受来自地层中压力和隔绝砂子和地下水涌入,然后在形成冻土结构中进行开挖、支护的特殊施工方法称为人工冻结法(简称冻结法)。
一般岩土工程冻结法通常是以氨为制冷工质,通过其气化过程吸收热量的物理现象实现冻结井筒周围含水松散、不稳定的冲积层及基岩含水层的目的,以形成达到工程安全标准的冻结壁,并在其临时保护作用下进行掘砌作业的施工方法,其关键工艺分为冻结孔设计及处理、冻结过程和掘砌作业等部分。
由于冻结法具有支护结构灵活、适应性强、可控性高、隔水性好等优点,因此广泛应用于不稳定表土层的井筒施工中,但随着掘进技术的不断发展和作业深度的不断增加,地下空间的不确定性也使该方法的技术缺陷逐渐暴露了出来。
冻结井筒破裂机理分析及预防加固措施
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冻结井筒破裂机理分析及预防加固措施何益民;郭宏东;李中楠;张文【摘要】立井井筒是人员、设备及材料上下的重要通道,井筒的稳定关系着整个矿山的正常运行.深厚表土中的井筒由于受水文地质条件影响常采用特凿法施工,施工及管理难度较普通法大.由于表土中膨胀土的存在,井筒破裂的事故时有发生,破裂后的井筒需及时有效地采取补救措施.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2012(000)012【总页数】2页(P122-123)【关键词】井筒破裂;膨胀土;预防加固【作者】何益民;郭宏东;李中楠;张文【作者单位】安徽富凯矿业有限公司;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿山安全与健康国家重点实验室;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿山安全与健康国家重点实验室;中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;金属矿山安全与健康国家重点实验室【正文语种】中文淮河流域某矿风井锁口盘面设计标高+33.000 m,井筒净直径6 m,表土段厚260 m,风化带厚约37 m。
表土段中有三层为膨胀土,且厚度较大;表土层中富水性强,采用特凿法施工。
壁座以上井壁采用双层钢筋混凝土结构,外壁加50 mm厚泡沫塑料板,内外壁之间加双层聚乙烯塑料软板。
1 井筒破坏及原因分析井筒施工时先套外壁再施工壁座最后套内壁,整个井筒采用滑模法施工,段高为3.2 m。
井筒外壁施工至-172 m处,在-149.600~-168.8 m 处外壁破裂,裂缝大部分呈环状分布,一部分为竖向分布,裂缝为闭合状态。
外壁破坏的初期混凝土成片状剥落或小块剥落,后剥落的块度逐渐变大,最后外壁纵向和竖向钢筋均受挤压向井筒内弯曲,最外层的泡沫塑料板外露,井筒外壁损破相当严重。
此段井壁内壁设计厚度为600 mm,后经测量此段井壁的观测点(见图1)标准差范围为-150~-680 mm(标准差=测量半径-3 600 mm),见表1。
表1 井筒观测值 m观测点施工模板编号49 50 51 52 53 1 3.50 3.31 3.10 3.06 3.10 2 3.49 3.29 3.10 2.92 3.13 3 3.56 3.40 3.26 3.16 3.15 4 3.47 3.34 3.26 3.16 3.05 5 3.45 3.38 3.34 3.16 3.15 6 3.45 3.35 3.30 3.23 3.21 7 3.47 3.29 3.10 3.24 3.26 8 3.46 3.29 3.30 3.33 3.29标准差0.150 0.31 0.50 0.68 0.55 图1 井筒断面观测点布置井筒破坏段的地质钻孔柱状图显示:在垂深-149.600~-168.8 m地层中含有膨胀性黏土。
立井井壁破裂原因分析及其预防和加固措施
![立井井壁破裂原因分析及其预防和加固措施](https://img.taocdn.com/s3/m/08168ad876a20029bd642da4.png)
壁破裂原 因是由于施工质量 ,导致混凝土井壁的
实际强度低于设计值 ,井壁没有足够的强度抵御 水平地压 , 最终导致井壁破裂。 设计不合理造成井壁强度先天不足 , 实际工作
应 力增加 , 使井壁周围地层固结而下沉 。由于底部 含水层疏排水使地下水位下降 ( 包括地表用水和开
1 立井井壁破 裂 的原 因分析
施工质量问题 , 持此观点的人认为 , 井壁不管
在设计基础、 还是受力方式上都是正确的 , 导致井
凿矿井所造成的 ) ,井壁与周围土体的界面作用 , 在井壁外侧面产生了一个 向下 的摩擦力 ,导致井 壁破坏 ; 季节冷热温度的变化和冻结井壁的冻融引
山西煤炭 SH XI OA AN C L
第3 卷 0
第3 期
文章编 号 :62 55 (000 — 0 0 0 17— 002 1 )3 06 — 3
立井井壁破裂原因分析及其预防和加固措施
王 兵
( 山西省煤炭工业厅基本建设局 , 山西 太原 0 00 ) 3 0 6
摘
要: 分析 了立 井井壁破 裂 的原 因 , 出 了立 井井壁 破 裂 的主要 原 因在 于 竖 向 附加 应 力 , 指 并
工, 现场条件恶劣 , 环境温 度较低 , 混凝土在这样
条件下得不到很好的养护 , 养护龄期长 , 强度增长
缓陧 , 混凝土强度往往达不 到设计等级 。再者 , 井
壁 由于受到冻 结压 力的影响 ,致使井壁 外表面 比
较粗糙 , 整体性差 , 出现蜂窝麻面现象。从破坏 会
井筒冻结法施工的常见问题及防治措施
![井筒冻结法施工的常见问题及防治措施](https://img.taocdn.com/s3/m/d2a2e6767fd5360cba1adb0e.png)
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井筒冻结法施工的常见问题及防治措施薛玉庭李向阳李阳光(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221116)摘要:在不稳定表土层中施工井筒时,冻结法具有大量的优点,主要包括:适应性强;支护结构灵活、易控制;隔水性好;对环境影响小等。
因此,冻结法在井筒的特殊施工中被大量应用。
我国煤矿于1955年在开林西风井首次使用冻结法凿井,此后,冻结法凿井技术逐渐推广。
现在,我国已是世界上用冻结法凿井穿过表土层最厚的国家之一,但是井筒在冻结法施工中,仍然存在很多的问题,这些问题必须引起我们的高度重视。
本文主要是介绍了冻结法施工的原理及共存在的主要问题,并提出了相关的防治措施。
岩土工程冻结法通常是利用物质气化过程的吸热现象来达到将主体中的水冷却、结冰的目的。
其制冷系统多以氨作为制冷物质。
为了使氨由液态变成气态,由气态又变为液态,如此循环进行,整个制冷系统由三大循环构成:氨循环系统、盐水系统、冷却水循环系统。
在井筒开挖之前,在欲开井筒的周围打一定数量的冻结孔。
低温盐水在冻结器中流动,吸收其周围地层之热量,形成冻结圈。
冻结圈并逐渐扩大连接成封闭不透水的冻结壁,用于抵抗地压、隔绝地下水。
冻结井壁破坏因素及预防治理技术
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经 验 和 发 展 思路 。
关键词 : 深厚表 土层 立 井井壁 ; 坏机 理 ; 因分析 ; 防 治理 措施 破 原 预 中图分 类号 : 2 5 文 献标识 码 : 文 章编 号 :0 4 51 (O0O ~O 1— O TD 6 B 1 0— 76 21 )6 lO 3
50 以上的立井应用冻结技术建设 。 0个 自2 世纪 5 年代引进立井冻结法施工技术以来, 2 井壁 破坏 的表现 形式 0 O 冻结 施工 技术 在我 国华 北 、 东北 、 东 广 大 区域 的煤 矿 华 井 壁破坏过 程一 般 分 3个 阶段 , 现 为 片状 掉 皮 、 表 建设 中迅速 得 到广泛应 用 。2 O世纪 5  ̄ 6 0 0年代 , 初 出现裂缝 、 向压碎 。 最 竖 应用 于 20 以 内的浅 表土层 立井 建 设 , 时仅 仅是 外 0m 当 第 一阶段 : 向片状 劈 裂 , 际 表 现 为局 部混 凝 土 径 实 来技术消化吸收阶段 , 尚未形成 自己的理论体系 , 对于 掉 皮 ; 出现的工程问题 , 也是采用常规技术方法进行维修, 因 第二阶段 : 裂缝发展阶段, 裂缝高度 1 m, ~5 径向剥 未引发工程事故 , 未造成重大损失 , 未引起工程界严重 落深度多为 5  ̄20 m, 0- 0m 混凝土会较大块脱落 ; - 关注 , 但多 次维修 、 反复 维修 , 费用 以及对 煤矿 生产 影 其 第 三 阶段 : 大面积 压碎 , 如未 采取有 效治理 , 井壁 出 现较大段高范围内竖向压碎 , 高度可达几十米[ 。 3 ] 响造成的损失却是极大的。 2 世 纪 7 代 末 到 20 0 O年 00年 以来 , 随着 矿 井 开采 3 导 致 深厚表 土层立 井冻 结井壁 破坏 的影 响因素 深度 的增大 , 安徽 、 山东 、 河南 永 城 、 县 等地 区立 井 深 辉 经过四十多年的理论和实践探索 , 建井专家利用模 度达 到 6 0 以下 , 至 于达 到 千 米 以下 , 表 土层 和 型研究 , 0m 甚 其 力学假设、 现场测试等方法, 总结提出了井壁破 风化基 岩厚 度达 到 60 80 0  ̄ 0m。出现 许 多技 术 难题 需 坏影 响 因素 , 主要 影 响 因素 有 以下 几 点 : 向 附加 应 力 竖 要破解, 经过科研 、 教学 和设计施工技术人员 的共 同努 作用 、 土层 厚 度与井 筒 外 径 影 响 、 表 临近 基 岩 的表 土 含 力, 技术 理论 不断创 新 , 井冻结 技术 得到 长足 的发展 。 立 水层( 底含) 厚度及底含水位降速影响、 井壁厚度和施工 在实 际应用 方面 , 壁 结 构 由单 层 到 双层 复合 井 壁 , 井 井 质量 的影 响等方 面 。 . 壁 采用 C 0以上 高标号 钢 筋 混凝 土 , 技术 理 论方 面 , 3 1 井壁 外侧 竖 向附加应 力作用 7 在 从单纯的二维空间径向水平压力理论到三维空间的水 () 1建井时期产生 的竖向附加应 力: 深厚表土层井 平压力和竖向附加力耦合作用理论 ; 从弹性、 小变形 、 均 筒掘进 中要穿越流砂层 、 含水层施工 , 并且深部土层压
冻结法凿井井壁结构的探讨
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由于地质构造应力强弱发生变化或应力轴发生变化,单轴 抗压强度小的岩体就受到挤压;整体性和坚固性不同的岩 层,就由原来相对的稳定状态开始沿软弱界面产生蠕动, 进而对井壁产生剪切力。该力超过井壁极限强度时,井壁 就破坏。 )施工质量较差。目前冻结法施工均采用复合井壁, 为了提高井壁强度,在混凝土中加入复合减水剂,使其终 凝时间提前了许多。混凝土搅拌时不设搅拌站,使用临时 搅拌机,水泥下井时用塑料管直接下井,使混凝土产生了 离析。混凝土下井后,养护条件差,混凝土迅速硬化,收 缩后产生许多环向裂缝,同时施工外壁时,多用金属组合 式模板或金属大模板,有时会出现接茬不严。因而套内壁 时,井壁的厚度减小,当负摩擦力超过井壁极限强度时, 井壁便遭破坏。此外混凝土试块强度低,钢筋绑扎点不够 或不牢等,施工质量没达到设计要求,致使井壁破坏。 )设计欠合理。从沈煤集团某些井筒实际破坏情况及 有关资料表明,在表土段和基岩接触段的井筒配筋设计都 是以环筋为主筋,竖筋作为副筋,并且井壁厚度是由水平 应力控制的。没有考虑负摩擦力或是考虑的不够。这也是 导致井壁破坏的因素之一。
了冻结法凿井的专利,之后这项技术传播到世界上许多国 家。国外采用冻结法凿井的国家如英国、德国、波兰、比 利时、前苏联等,其最大冻结深度均超过了 英国波尔比钾盐矿的冻结深度达到了 自从 历史,其间施工的井筒达 米,最大表土层厚度 。 年的 余 (山东 (淮南顾桥 年我国采用冻结法凿井以来,已有 多条,总计进尺近 ,最大冻结深度 ,其中
中煤国际工程集团沈阳设计院在红阳三井主、副、风 井冻结法凿井的设计中,三条井筒均采用沥青板夹层双层 混凝土复合井壁。从沈煤集团红阳三井实际情况和其它有 关资料上看,由于副井摩擦力使井筒出现了不同程度的破 坏,从井壁破坏时间可大致分为两个阶段:一是冻结壁完 全融化之后;二是投产后一至几年。破坏部位大多在表土 段与基岩段接触带附近。破坏的现象:有的只出现环向裂 缝、漏水;有的出现环向裂缝并脱落、钢筋弯曲变形外露, 井壁漏水;个别已投产的矿井,井壁被压碎、漏水,罐道 出现了弯曲变形,见表 。
矿山井筒冻结施工工艺与技术措施探讨
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矿山井筒冻结施工工艺与技术措施探讨摘要:结合矿区井筒的地质特征与水文地质情况,介绍了井筒冻结法施工的特点, 针对施工中遇到的一些如外层井壁局部压坏、透水及涌砂、偏孔等典型问题进行了科学分析, 并提出了相关应对措施, 为类似地层冻结法施工提供了参考。
关键词: 冻结施工原理;施工难题;措施与对策中图分类号: TD262 文献标识码: A 文章编号:1 地质特征与水文地质情况1.1 地质特征某矿区其地层分布主要为第四系、第三系地层, 第四系厚度为145~185m, 地层主要组成为砾砂、粗粒砂、中砂及细砂岩, 其中包括一些间断的亚粘土和粘土层;第三系地层广泛分布于该煤田区域,厚度为5~115m , 主要组成为泥岩、含泥砂岩和砂砾岩, 其中泥岩居多, 约占37%~86.1%。
1.2 水文地质情况该矿区第四系、第三系含水层多。
分上部、中部及下部含水层, 上部含水层是矿井的主要含水层, 厚度30~60m,由细、中、粗砂组成,含水性、透水性好, 涌水量为11.48L/sm,渗透系数26.65m/d,为承压水, 水位标高64.2m;中部含水层厚度约65~75m 涌水量为4.39L/sm , 渗透系数12.97m/d,为承压水, 水位标高为64.16m;下部含水层透水性较差, 厚度约5m , 涌水量约为0.6L/sm , 渗透系数1.87m/d , 为承压水,水位标高64.72m。
2 冻结法加固地层的原理及特点冻结法是利用人工制冷的方法,将低温冷媒送入地层,把要开挖体周围的地层冻结成封闭的、连续的冻土墙,以抵抗土压力,并隔绝地下水与开完体之间的联系,然后在封闭的、连续的冻土墙的保护下,进行开挖并做永久支护的一种特殊加固施工方法。
进入地层内的冷媒通过进、回管路与地面的热交换站相连,热交换站将冷量送入地层,将地层中的热量带出地层。
由此使冻结管周围地层又近向远不断降温,逐渐使地层中的水变成冰,把原来松散或有空隙的地层通过冰胶结在一起,形成不透水的冻土柱。
冻结法 凿井 原理
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冻结法凿井原理
冻结法凿井是一种利用冻土原理来进行凿井的方法。
其原理是
通过在地下水位以下的地层中注入冷冻液(通常是液氮或者盐水溶液),使地下水和土壤中的水分迅速冷却结冻,形成一层冻土围绕
井筒,从而形成临时的井壁。
在冻结的土壤中凿井可以避免塌方和
井壁坍塌的问题,从而使得凿井作业更加安全和稳定。
冻结法凿井的原理涉及到地下水和土壤的冷冻特性。
当冷冻液
注入地下后,其温度迅速降低,导致地下水和土壤中的水分迅速结
冻形成冻土。
这样一来,就形成了一个临时的井壁,使得井筒周围
的土壤得到了支撑,从而在凿井作业过程中避免了塌方和坍塌的风险。
在实际应用中,冻结法凿井通常需要在地下水位以下进行作业,因为只有在地下水位以下才能确保冷冻液充分接触到地下水和土壤
中的水分,从而形成坚固的冻土井壁。
此外,冻结法凿井还需要考
虑冷冻液的选择、注入方式、温度控制等因素,以确保冻结效果和
作业安全。
总的来说,冻结法凿井利用冻土原理,在地下水位以下注入冷
冻液,使地下水和土壤中的水分结冻形成临时的井壁,从而实现凿井作业。
这种方法能够有效地解决凿井过程中的安全隐患,是一种重要的凿井技术之一。
冻结法凿井大断面井筒壁座施工突水原因分析及治理技术
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冻结法凿井大断面井筒壁座施工突水原因分析及治理技术作者:许春来源:《科技视界》 2012年第8期许春(郑州煤炭工业〈集团〉有限责任公司河南郑州450042)【摘要】冻结法凿井技术是我国目前应用最为广泛的建井技术,在穿过厚表土层、基岩风化带、砾石层、卵石层且含水丰富的地层中进行井筒施工取得显著成就,也使我国运用冻结法施工井巷工程技术处于国际领先水平。
然而,在普遍应用成功的同时,也不乏个别井筒施工中局部突水的案例。
本文针对郑煤集团李粮店矿井800m冻深大断面副井井筒壁座施工突水案例,从中分析原因,以为同类工程提供借鉴。
【关键词】冻结法;大断面;突水;治理1工程概况郑煤集团李粮店矿井是一座设计能力240万吨/年的大型矿井,目前处于基建阶段。
矿井主采二1煤层,为立井单水平上下山开拓,初期布置主、副、风井三个立井,井筒净径分别为5m、6.5m、6m,井筒设计深度分别为771m、788m、542m。
该矿井筒位置均处于第三系、第四系厚表土层及基岩风化带内,其中主副井区表土层厚达480m、冲击层深部分别含多层厚层粘土层且含水量丰富,设计采用全深冻结法施工,井壁为塑料夹层双层钢筋混凝土复合井壁(外壁厚度600~1000mm、内壁厚度600mm),混凝土强度为C60~C80。
副井井筒于2010年1月1日正式开挖,至2010年8月20日突水止施工了537m,施工顺序为自上而下掘砌井筒外壁后再自下而上一次性砌筑井筒内壁。
副井井筒采用差异冻结,设计浅孔深度525m、深孔深度800m。
2 副井井筒壁座施工突水事故2.1 壁座设计当副井井筒施工至500m段时,己砌筑的井筒外壁有多处显现较厉害的粘土层“后冻压力”,使井壁出现裂纹、裂缝及裂块,严重影响施工安全。
经专家分析为主体是施工过快,粘性土层冻结时间不够,决定对己施工段进行分段套壁,以使上部井壁安全并可加强井筒冻结,由此需要提前施工副井井筒壁座,以承托上下部井壁重量。
继续施工至522m时,设计为壁座起点。
冻结井外井壁裂缝浅析
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文章编号: 1003-5923(2001)02-0077-03冻结井外井壁裂缝浅析王学民1,李绍春2,李现春3(1.鲁西煤矿,山东济宁272053; 21鲍店煤矿,山东邹城273513; 31南京设计研究院山东分院,山东邹城273500)摘 要:山东省某矿主井井筒冻结段外井壁施工中,多处发生较为规则或不规则裂缝。
本文从设计、施工等多方面对裂缝产生的原因进行剖析。
关键词:冻结段井筒;外壁施工;裂缝中图分类号:TD 352 文献标识码:B1 概 述山东省某煤矿位于济宁市北郊,设计生产能力45万t a ,矿井采用主、副两立井井筒开拓。
井筒检查钻孔资料表明:井筒穿过第四、第三系和二迭系地层,其中第四、第三系地层总厚224m ,由砂层(厚98163m ,占第四、第三系地层总厚的44%)、粘土质砂或砂质粘土(厚9111m ,占地层总厚的4017%)和粘土(厚34127m ,占地层总厚的1513%)组成,含水较为丰富;二迭系地层主要由泥岩、砂岩及煤组成。
其上部为风化带,厚26m 。
两井筒均采用冻结法施工,冻结深度为28610m 。
主井井筒采用差异冻结,长腿286m ,短腿240m ,布置圈径1213m ,设29个冻结孔,开空间距1133m ;辅助孔深225m ,布置圈径717m ,设12个冻结孔,开空间距1199m 。
主井井筒净径415m ,冻结段井壁垂深276m ,为双层钢筋混凝土结构,井壁外壁厚350~450mm ,内壁厚400~500mm ;凝土强度等级C 30~C 50;井壁与井帮之间设25~50mm 厚聚苯乙烯泡沫塑料板(图1)。
井筒自2000年6月6日开始冻结,7月21日水文孔冒水后开始试挖,2000年11月12日外井壁砌筑完成,2000年9月,井筒掘砌至垂深100m 及以下段时,逐渐发现外井壁有裂缝出现,初期以竖向裂缝为主,随后在垂深180~225m 也发现了以环向为主的裂缝,继续向下掘砌一段时间后,发现不仅原有裂缝的宽度略有增加,而且新出现了一些不规则裂缝。
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由于冻结法施工工序复杂,加之地层的不确定 性,很多井筒在施工时外层井壁容易出现破裂等现 象。针对该矿副立井井筒井壁发生的破裂等情况, 分析了其主要原因。
( 1) 从地层情况来看,破坏段井壁地层为粉砂 岩、砂 质 泥 岩 和 泥 岩,岩 层 膨 胀 率 为 2. 95% ~ 7. 85% 。这些岩层膨胀性大、膨胀速度快,井筒开挖 后冻结压力迅速增加,而混凝土早期强度增加慢,这 就使外层井壁的强度与冻结压力增长不相匹配,造 成井壁的破坏。
井筒所穿过的含水层自上而下依次划分为第四
收稿日期: 2012 - 06 - 26 作者简介: 李书勇( 1973—) ,男,河北石家庄人,工程师,1997 年毕 业于太原理工大学,现从事煤矿技术管理工作。
系孔隙潜水含水层、第三系孔隙承压含水层以及白 垩系风化岩层孔隙、裂隙承压含水岩层以及白垩系 煤系地层裂隙承压含水层。其中第四系孔隙潜水含 水层和第三系孔隙承压含水层属中等富水含水层, 其他含水层富水性弱。副立井和回风立井井筒松散 系地层涌水量为 13. 19 ~ 14. 61 m3 / h,风化岩层涌 水量为 9. 19 ~ 10. 11 m3 / h,基 岩 涌 水 量 为 2. 36 ~ 2. 62 m3 / h。
1 井筒地质条件
矿井副立井、回风立井穿过的地层自上而下依 次为第四系、第三系、白垩系下统巴彦花组。第四系 厚 23. 5 m,第三系厚 34. 0 m,白垩系下统巴彦花组 厚 152. 5 m。第四系地层主要由风积和冲湖积形成 的亚砂土、粉—细砂及亚黏土组成,第三系地层主要 由棕红色黏土岩及薄层细、中、粗砂岩组成,白垩系 地层上部主要由风化的砂砾岩、粉砂岩和泥岩组成, 下部由易软化的泥岩、粉砂岩和砂岩组成。第四系 和第三系地层属不稳定的冲积地层,白垩系地层属 不稳定的软弱类岩层,各类岩层抗压强度均小于 1 MPa。第三系地 层 中 的 亚 黏 土、黏 土 和 白 垩 系 风 化 地 层 中 的 泥 岩、粉 砂 岩 具 有 膨 胀 性,膨 胀 率 为 2. 95% ~ 7. 85% 。
( 2) 铺设聚苯乙烯泡沫板。根据相关研究表 明: 铺设 75 mm 泡沫板后,冻结压力可延缓 3 ~ 4 d, 可降低 50% 的冻结压力。但铺设泡沫板的厚度能 影响井壁结构的安全性。泡沫塑料板厚度选择过 大,可能出现的问题是井帮位移过小,导致井帮与井 壁间接触不实,摩擦力小,井壁继而可能发生下沉。 泡沫塑料板厚度选择过小,则在有膨胀性的黏土中 开挖井筒后,迅速增长的井帮变形压力使得浇筑的 混凝土在达不到设计最终强度的情况下发生破坏,
2 井筒破裂情况
副立井和回风立井施工至白垩系地层风化基岩 后,井筒外层井壁均出现不同程度的开裂、露筋、脱 皮等现象。回风立井破坏程度较轻,采取一定修复 措施后,井壁已稳定。但副立井破坏程度较大,在井 深 69 ~ 95 m 段外层井壁破坏明显,根据实测数据, 副立井外层井壁收缩位移最大为 200 mm,现场施工 时采取了增加聚苯乙烯泡沫板、开凿卸压槽等措施 后,井壁依然有收缩变形。
2012 年第 12 期
中州煤炭
总第 204 期
冻结法凿井井壁破裂原因及支护对策
李书勇
( 阳煤集团 碾沟公司,山西 清徐 030400)
摘要: 查干淖尔一号井副立井施工至白垩系地层风化基岩时,井筒外层井壁开裂、露筋、脱皮等现象严重,破
坏程度较大。简要分析了副立井的地质条件,通过分析该井筒破裂的原因,有针对性地采取了提高混凝土早
4 返修段井筒支护对策
针对副立井井壁出现的破裂问题,在井筒返修 重新进入该地层时,需要根据该地层特点和现场实 际情况重新确定井壁支护参数。为此,根据该地层 膨胀特点及冻胀压力大的特点,在井筒支护方面,主 要考虑提高混凝土早期强度,并根据井壁实测变形 位移,研究铺设聚苯乙烯泡沫板厚度的问题,在井筒 施工方面,则要根据实际条件严格按相关规范进行 施工。
( 1) 提高混凝土早期强度。提高混凝土早期强 度的目的是适应膨胀性岩层初期冻结压力增加快的 特点,其主要途径有增加早强剂或减水剂。另外,在 井壁结构设计时,在遇到有膨胀性的岩层时,可采用 高强度的混凝土。采用高强度混凝土的主要原因是 其早期强度即使增加相对于冻结压力慢,但其早期 增加的绝对强度数量上已可抵挡冻结压力,虽然混 凝土最终设计强度有富余,但也是一种可保证井筒 安全通过有膨胀性岩层比较实用的方法。在井壁结 构设计中,要预先计算冻结压力 3 d 内达到 70% 的 冻结压力,再按选定的混凝土强度的 60% 计算此时 的井壁厚度,若此时确定的混凝土强度和井壁厚度 能抵抗冻结压力的 70% ,则可保证选定的混凝土强 度等级和井壁厚度在早期是安全的。此外,选定的 混凝土强度等级和井壁厚度也必须能抵抗最终的抗 冻结压力。
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2012 年第 12 期
中州煤炭
总第 204 期
( 2) 从施工方面来说,冻结壁强度、掘进段高、 混凝土强度以及现场施工管理中出现的问题均有可 能造成井壁破裂。
在施工中处理此类问题的一般原则是,遇到井 壁出现问题应及时观测井壁变形情况。井壁变形超 出预计时,立 即 采 取 减 少 掘 进 段 高、增 加 混 凝 土 强 度、降低井帮温度等措施,必要时应立即停止施工, 以防止井壁进一步发生破坏。
期强度、铺设聚苯乙烯泡沫板等措施,使井筒施工安全穿过了具膨胀性的不稳定地层。
关键词: 冻65. 3
文献标志码: B
文章编号: 1003 - 0506( 2012) 12 - 0069 - 02
查干淖尔一号井位于内蒙古自治区锡林郭勒盟 阿巴嘎旗南部查干淖尔镇境内,该矿井是查干淖尔 矿区开发的第 1 对矿井,设计生产能力 8. 0 Mt / a,采 用立井开拓,中央并列式通风系统。矿井投产时共 布置 3 个井筒,分别为主斜井、副立井和回风立井。 主斜井净宽 5. 0 m,井筒倾角 16°,斜长 740. 0 m; 副 立井净直径 9. 0 m,垂深 210. 0 m; 回风立井净直径 6. 0 m,垂深 210. 0 m。主斜井浅部采用冻结法 施 工,深部采用普通法施工。副立井和回风立井均采 用冻结法施工。副立井和回风立井先于主斜井施 工。