冻结法在宁夏王洼二矿主斜井表土段施工中的应用

关键词：彭阳县固原市

王洼二矿位于宁夏回族自治区固原市彭阳县王洼镇境内, 地理坐标为106°56`~106°39`, 北纬36°07`~36°11`之间, 本地区属黄土高原剥蚀丘陵区, 地形复杂, 井田内全部由第四系黄土覆盖, 黄土层厚度不均, 最小为8 7.2 m, 最大为2 4 0.4 9 m, 平均为128.78m。井筒穿过的地层划分为两个含水层, 第四系、第三系松散层含水层 (第一含水层) 和第三系底部含水层 (第二系含水层) 。第四系黄土垂直节理发育, 据多孔性, 垂直透水性较好, 水平透水性较差, 普遍含空隙潜水, 在井筒开挖时易发生缩径、坍塌等现象。第三系岩性以红土为主, 是良好的隔水层, 它阻碍着降水和第四次潜水向下渗透补给, 减少了下部岩层地下水的补给条件, 往往与第四系黄土接触面处溢出来或沿层面做水平方向运动。根据地质条件此段采用斜井冻结法施工。

1 工程概况

王洼二矿隶属于宁夏发电集团有限责任公司, 设计生产能力1.5Mt/a, 由中煤国际工程集团武汉设计研究院设计, 两斜一立的开拓方式。主斜井井筒总长度1330.2m, 净断面积1 6.8 m 2;净宽5.0 m, 井口底板标高+1709m, 坡度22°, 井筒表土段斜长290.8m其中包括明槽段46m, 冻结段112.3m。冻结段为复合井壁支护, 厚度600mm, 外壁支护厚度300mm, 外壁与邦之间铺设25mm聚苯乙烯泡沫板, 砼外侧设置Ф18螺纹钢, 间排距300mm, 保护层厚度50mm, 内壁支护厚度300mm, 砼外铺设1mm聚氯乙烯塑料薄膜, 砼内侧设置Ф18螺纹钢, 间排距300mm, 保护层厚度50mm, 混凝土强度等级C30。

底拱厚度300mm, 砼中设置Ф6.5mm钢筋网, 网孔200×200mm, 钢筋保护层50mm。在反底拱底部采用浆砌片石填充。在外壁砌筑砼中掺入3%W G早强减水剂, 内壁砌筑砼中掺入10%的WG-HEA高效抗裂型防水剂。

2 冻结施工设计 (以一次冻结60m长度设计)

2.1 井筒最大需冷量:Qmax=KπdHnq

计算:主斜井Q 1=Kπd H n q=3 8.3×104kcal/h。

2.2 冻结设备选型

结合公司现有设备情况, 选择以下设备: (副斜井冻结共用以下设备) 制冷压缩机

2.3 冻结站最大制冷量

冻结设备标准制冷能力:330×104kcal/h;

低温工况:冷凝温度30℃, 盐水温度-25℃, 蒸发温度-30℃。

冻结站低温工况最大制冷能力如下。

Q=1 6 5×1 0 4k c a l/h>Q 1+Q 2=7 8.1104kcal/h (Q2为副斜井冻结最大需冷量) , 满足工程要求。

2.4 盐水系统设计

(1) 冷凝器消耗水平:W=5m3/h压缩机循环水量:15m3/h。

(2) 设备选择:选用流量30m3/h潜水泵2台, 1台运转, 1台备用, 对压缩机及冷凝器供水。

2.5 水源井设计

设计冻结期间水源井最大取水量22m3/h (包括生活用水) 。设计1口水源井。选200QJ/50—26/2潜水泵 (流量50m3/h) 2台, 冷却水循环利用。

2.6 冻结站运转主要消耗材料

(1) 充氨量:Ga=KQA[1+n (0.05~1) ]/1000=12T; (2) 冷冻机油:牌号N46;数量3T;⑶固体氯化钙用量:G=1.2gbrvbr/ρ=85T2.7冻结站供电设计

由甲方提供6KV电源, 通过电缆接入冻结站自设配电站。采用就地无功补偿, 提高功率因数后, 经计算机最大用电负荷小于1200KVA;选用6/0.4KV、1600KVA变压器1台。冻结站临时供电:冻结凿孔期间及冻结设备安装期间临时用电, 利用业主提供的6000KV电源, 通过专用箱式变电站 (1600KVA) 接入专用配电箱, 再连接用电设备。

2.8 冻结、制冷系统保温

(1) 氨系统低温设备、管路保温氨系统低温设备包括:氨液分离器, 保温材料用橡塑绝热保温材料 (厚50mm) 进行保温。 (2) 盐水系统:盐水泵、盐水箱、盐水干管、配集液圈等, 分别用橡塑绝热保温材料 (50mm) 、1 0 0 m m厚聚乙烯保温板、聚氨脂壳管 (50mm) 等进行保温。

3 冻结段巷道掘砌施工方法

因该段为饱和含水土质, 且已采用冻结法冻结, 故施工中尽量采取风镐配合震动炮开挖。采用Z M Q—1 7型风动煤钻、1500mm麻花钻杆、Ф42mm钻头打眼, 控制装药量和炮眼数目, 限制周边眼深度、角度和总体装药量。空帮空顶斜长距离≦1.5m, 短掘短砌, 缩短暴露时间, 从开挖到浇筑控制在40h之内。为满足规范要求, 确保井壁质量, 冬季施工对水进行加热, 保证混凝土入模温度处于15°~20°之间, 确保了混凝土强度。每掘砌30m外壁, 由下向上进行二次套内壁施工, 减少外壁承载能力, 确保已砌筑完外壁的井筒质量和安全。

4 施工中存在问题及建议

掘进施工过程中, 经常发生冻结管泄漏盐水现象, 给施工带来困难。究其原因, 主要有以下几方面: (1) 放炮时震裂冻结管造成盐水泄漏。 (2) 冻结管割除时未能将冻结管中的盐水排净。 (3) 个别冻结孔偏斜, 边排孔向巷道内偏斜。

分析以上原因, 我们施工中制定了相应方案, 并为以后施工提出以下几点建议: (1) 放炮时严格限制周边眼深度、角度及总体装药量。放炮前通知冻结站, 加强盐水观测, 防止震断冻结管泄露盐水。 (2) 掘砌过程中遇到冻结管需要割除时, 应提前两天通知冻结站, 由冻结站人员采用压风方式尽可能将冻结管中的盐水排净。 (3) 下管时采取控制冻结孔偏斜值、最大孔间距、冻结管向内偏斜值等方式防止冻结管偏斜。