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霍邱铁矿黏土地层冻结施工设计方案分析
2014-09-10
李营子班台子铁矿位于安徽省霍邱县周集镇境内,矿井设计采用立井开拓。李营子班台子矿业设计年产铁矿石200万吨。由于采用普通法施工难以通过复杂地层,为加快矿井建设速度,确定采用冻结法施工。主井、副井冻结工程由中煤第三建设(集团)淮南工程处承担施工,主井井筒净直径4.5米,表土层厚260m,设计冻结深度为315m;副井井筒净直径5.5米,表土层厚260m,设计冻结深度为305m。
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1 工程概况

李营子班台子铁矿位于安徽省霍邱县周集镇境内,矿井设计采用立井开拓。李营子班台子矿业设计年产铁矿石200万吨。由于采用普通法施工难以通过复杂地层,为加快矿井建设速度,确定采用冻结法施工。主井、副井冻结工程由中煤第三建设(集团)淮南工程处承担施工,主井井筒净直径4.5米,表土层厚260m,设计冻结深度为315m;副井井筒净直径5.5米,表土层厚260m,设计冻结深度为305m;两井具体井筒主要技术特征见表1、表2

表1  主井井筒特征参数表

序号

项 目 名 称

单位

特征参数

1

井筒净直径

m

ф4.5

2

表土层厚度

m

260

3

冻结段井壁厚度

mm

1150

4

最大掘砌荒径

m

ф6.8

表2 副井井筒特征参数表

序号

项 目 名 称

单位

特征参数

1

井筒净直径

m

ф5.5

2

表土层厚度

m

260

3

冻结段井壁厚度

mm

1150

4

最大掘砌荒径

m

ф7.8

2 地质概况及工程特点

2.1 地质概况

李营子班台子矿业为沉积变质型矿床。矿床顶板、底板为新太古界吴集组片岩、片麻岩、变粒岩,矿区基岩被第四纪粘土、亚粘土层覆盖。据钻孔穿过的岩层自上而下分述如下:

  (1)第四系松散岩组(q3~1)

钻孔揭露厚度254.72~273.06m,上部为粘土,中部为粘土、亚粘土、粉细砂、中粗砂土粘土互层,下部为砾砂层,粘土砾卵石等。粘土一般呈硬塑状态,结构致密,稳固性相对较好;粉细砂中粗砂土、砂层,中密~密实,一般与粘土互层,饱和,一般含有承压水,扰动下一流动,稳固性极差。

  (2)碎裂~散体类古风化带

埋藏于第四系之下,随古风化带成层状分布。揭露厚度10.77~40.82m,由黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、及石英假象赤铁矿风化物组成。rqd=19.3%。

  (3)层状片麻岩,片岩矿体、变粒岩组(ar2wj)

由太古界吴集组上段ar2wj3及中段ar2wj2,下段ar2wj1花园组ar2h黑云斜长片麻岩,二云斜长片麻岩、斜长角闪岩,二云石英片岩组成,揭露厚度35.60~366.44m;片理发育,裂隙一般不发育,岩石结构致密,完整性较好,rqd=61.6%。饱和抗压强度rw=30.8~131.2mpa,岩石质量中等,半坚硬~坚硬。

  (4)层状硅酸盐类夹碎屑岩石组

由上太古界周集组ar2z白云石大理岩段,夹条带状石英岩组成,完整性好,岩性坚硬,属于中等~坚硬。

2.2 工程特点

1.1 表土中粘土较多,且部分粘土单层厚度大、粘塑性强。

1.2 岩石硬度大,不易造孔。

1.3 风化带岩性为碳酸盐类岩石,具有较发育的溶孔、溶洞及裂隙,造孔时易出现严重漏浆现象。

3 冻结方案设计

根据地层特点与井壁结构形式,结合该地区施工经验,我项目部采取对不同井筒大小的立井井筒采取两种冻结设计方案。主井采用梅花型冻结设计方案;副井采用主圈孔+辅助孔的双圈孔冻结方案,其中主圈孔采用差异冻结,辅助孔采用全深冻结。具体方案设计参数见表3表4。

表3主井主要冻结参数表

序号

项 目 名 称

冻结技术参数

备 注

1

控制层深度

m

 260

粘土

2

冻结壁厚度

m

 3.6

3

冻结壁平均温度

-10

4

盐水温度

-28~-30

积极期

5

冻结孔布置

圈  径

m

11/10

差异冻结

内管箍连接

孔  数

16/16

开孔间距

m

(2.146/1.951)

孔深

m

315/275

冻结管规格

mm

ф133×5

供液管规格

mm

ф75×6

7

水文孔

深度/个数

m/个

163/1,80/1

外管箍连接

水文管规格

mm

ф133×5

8

测温孔

深度/个数

m/个

315/1,275/1

外管箍连接

测温管规格

mm

ф89×4.5

图1主井冻结钻孔平面布置图

表4副井主要冻结参数表

序号

项 目 名 称

冻结技术参数

备 注

1

控制层深度

m

 260

粘土

2

冻结壁厚度

m

4.1

3

冻结壁平均温度

-10

4

盐水温度

-28~-30

积极期

5

主排孔

圈  径

m

12.5

差异冻结

内管箍连接

孔  数

31

开孔间距

m

1.265

孔深

m

305/275

冻结管规格

mm

ф133×5

供液管规格

mm

ф75×6

6

辅助孔

圈  径

m

10.2

全深冻结

内管箍连接

孔  数

10

开孔间距

m

3.152

孔深

m

275

冻结管规格

mm

ф33×5

供液管规格

mm

ф75×6

7

水文孔

深度/个数

m/个

179/1,83/1

外管箍连接

水文管规格

mm

ф133×5

8

测温孔

深度/个数

m/个

305/1,275/1,100/1

外管箍连接

测温管规格

mm

ф89×4.5

图2副井冻结钻孔平面布置图

  

4施工概况

依据各项详细井筒布置及冻结设计参数分析:主井冷冻站站需冷量110.65×104/kcal·h-1副井冷冻站需冷量140.43×104/kcal·h-1。故我部冷冻站布局选用一站同时供应2个井筒,配备5组双级压缩机组冻结制冷方式,盐水系统采用单去单回供液方式供冷,充分满足了主井井筒冻结需冷量92.21×104/kcal·h-1  副井井筒需冷量   117.08×104/kcal·h-1  。主井冻结站于2011年11月2日开机运转,水文孔12月3日s2(-80m),12月14日s1(-163m)分别顺利交圈冒水 ;副井冻结站2011年12月15日开机运转,水文孔1月1日s2(-83m),1月31日s1(-179m)分别顺利冒水。主、副井在满足井筒冻结壁强度的状态下,掘砌单位顺利进入开挖工序并顺利通过冻结段且套壁完毕,我部在此矿井地层采用冻结法施工受到业主一致好评。为接下来顺利承揽该矿井风井、措施井赢得口碑。

5 结语

霍邱地区铁矿是淮南工程处首次承揽的铁矿工程,为减少对工广内环境影响,加快井筒建设速度,主井、副井在深厚粘土层中采用了冻结法制冷方式进行施工。根据井筒类型首次采用了2种不同的冻结设计方案应用于该矿井,同时都取得了良好的成果效益受到了业主一致好评。此次冻结法施工的经验为我处在霍邱地区打开了新的方向,同时根据该地区地层冻结积累了宝贵的经验。

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