朱集礦主井凍結(jié)壁和井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 土木建筑學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)土木礦井 畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書朱集礦主井凍結(jié)壁和井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A FREEZE ON THE MAIN SHAFT AND THE SHAFT WALL STRUCTURE DESIGN OF ZHUJI COAL MINE學(xué)院（部） 土木建筑學(xué)院 專業(yè)班級： XX 學(xué)生姓名： XX 指導(dǎo)教師： XXXX20XX年 X月X日朱集礦主井凍結(jié)壁和井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有兩個(gè)，既朱集礦主井的凍結(jié)壁和井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容一共分為四章，分別為：第一章主要介紹國內(nèi)外凍結(jié)壁和井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程，包括：設(shè)計(jì)理念的形成、實(shí)踐，在我國的的引進(jìn)發(fā)展，和對更深層次設(shè)計(jì)思想的探索等。第二章主要介紹朱集礦的工程概況，

2、水文地質(zhì)概況，和主井的主要技術(shù)參數(shù)，為而后的設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù)儲備。第三章是主井的凍結(jié)壁設(shè)計(jì)，主要包括：凍結(jié)壁厚度的計(jì)算，凍結(jié)壁平均溫度的計(jì)算。凍結(jié)壁厚度的計(jì)算，主要是從表土段土層中選出三段控制其厚度的土層，然后采用多姆克第三、第四強(qiáng)度理論和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果的平均值，來比較得到。凍結(jié)壁平均溫度的計(jì)算，主要是利用體平均溫度的計(jì)算方法，由于體平均溫度計(jì)算公式是適用在單排管凍結(jié)下的，而實(shí)際主井的凍結(jié)方案是三排管的差異凍結(jié)，因此最后的計(jì)算平均溫度與實(shí)際設(shè)計(jì)平均溫度有出入。第四章是主井的井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)理念是采用雙層復(fù)合井壁，內(nèi)層井壁按承受水壓力計(jì)算，外層井壁按承受凍結(jié)壓力計(jì)算，全井筒按水土壓力校

3、核。確定井壁厚度，主要是根據(jù)井筒地質(zhì)柱狀圖，把表土段土層分成三層，每一層又按內(nèi)外層井壁各自承受的力分別計(jì)算出相應(yīng)的井壁厚度。然后是井壁的穩(wěn)定性、強(qiáng)度驗(yàn)算以及配筋計(jì)算等，主要計(jì)算內(nèi)容有：井壁環(huán)向穩(wěn)定性的驗(yàn)算，內(nèi)外層井壁環(huán)向配筋的計(jì)算和按吊掛力計(jì)算的外層井壁的抗裂驗(yàn)算和豎向抗拉鋼筋的配筋計(jì)算。關(guān)鍵詞：立井、凍結(jié)壁設(shè)計(jì)、內(nèi)層井壁，外層井壁，設(shè)計(jì)。 A FREEZE ON THE MAIN SHAFT AND THE SHAFT WALL STRUCTURE DESIGN OF ZHUJI COAL MINEABSTRACTThis design has two main design task is

4、 not only the Chinese set of freeze wells mine shaft wall and the structural design. Chapter I: at home and abroad to introduce a freeze on the main shaft wall and the structural design of the development process, including: the formation of design concepts, practice, in the introduction of China

5、9;s development, and a deeper exploration of design ideas. Chapter II: mainly mining projects Zhu Overview, hydrological geology, and the main shaft of the main technical parameters for the design and then provide the necessary data on reserves. Chapter III: is the main shaft of the frozen wall desi

6、gn, including: a freeze on the calculation of wall thickness, freezing the calculation of the average temperature of the wall. A freeze on the calculation of wall thickness, mainly from the topsoil layer selected paragraph three of the soil to control its thickness, and then used dome third, fourth

7、strength theory and the empirical formula for calculating the average of the results to be compared. A freeze on the calculation of the average temperature of the wall, the main body is to use the method of calculating the average temperature, average body temperature as a result of the calculation

8、formula is applicable to freeze in a single row under control, but the actual freezing of the main shaft is the difference between the three pipes to freeze, so the final the calculation of average temperature and average temperature is different from the actual design. Chapter IV: is the main shaft

9、 of the wall structure design. The main design concept is the use of double-layer composite wall, the inner wall by water pressure to bear, the outer wall by the freezing of the pressure to bear, the whole shaft by checking the pressure of water and soil. Determine the wall thickness, are mainly bas

10、ed on the geological column shaft, the surface soil layer is divided into three paragraphs, each layer of wall and floor in accordance with their respective internal and external forces were calculated under the corresponding wall thickness. Then the stability, strength and reinforcement of checking

11、 the calculations, are: Central to the stability of wall checked, both inside and outside the ring wall to the reinforcement layer of calculation and calculation by the hanging wall of the outer layer of the anti - Checking and vertical split tensile steel reinforcement of the calculation.KEYWORDS:

12、shaft, frozen wall design, the inner wall, outer wall design.目錄摘 要IABSTRACTII引言1第一章 國內(nèi)外凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)現(xiàn)狀概述21.1 我國建井發(fā)展概況21.2 國外凍結(jié)法鑿井的研究現(xiàn)狀21.3 我國凍結(jié)法立井施工技術(shù)發(fā)展歷程31.4 井壁結(jié)構(gòu)概況41.5 我國井壁結(jié)構(gòu)型式和凍結(jié)井壁的發(fā)展概況51.6 國外凍結(jié)井壁發(fā)展概況71.7 我國現(xiàn)階段井壁設(shè)計(jì)方法及工藝71.8 深井施工需要研究的幾個(gè)課題91.9 設(shè)計(jì)研究中存在的一些問題10第二章 朱集礦主井設(shè)計(jì)概況122.1 井筒概況122.2 地質(zhì)概況12水文地質(zhì)122.2.2

13、 環(huán)境地質(zhì)16第三章 朱集礦主井凍結(jié)壁設(shè)計(jì)213.1 凍結(jié)方案的選擇223.2 凍結(jié)壁厚度的計(jì)算223.3 凍結(jié)壁平均溫度的計(jì)算253.4 鉆孔施工26第四章 朱集礦主井井壁設(shè)計(jì)324.1 計(jì)算原則324.2 確定井壁厚度324.3 井壁環(huán)向穩(wěn)定性驗(yàn)算354.4 井壁圓環(huán)受均壓時(shí)的強(qiáng)度驗(yàn)算和內(nèi)外層井壁配計(jì)算364.5 按吊掛力計(jì)算外層井壁豎向鋼筋及抗裂驗(yàn)算40結(jié)論44參考文獻(xiàn)45致謝46引言在我國煤炭相對于石油、天然氣屬資源屬于比較豐富的能源，在一次能源結(jié)構(gòu)中占70%左右。我國煤炭資源埋藏深度在10002000m的約占總儲量的53.2%。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，

14、對能源需求越來越大。目前，我國能源仍有70%依賴于煤炭。我國煤炭資源豐富但煤炭生產(chǎn)的缺口很大，煤炭深部資源開采問題日益突出，建設(shè)一批新的大型、特大型礦井已是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的必須。因而凍結(jié)鉆井等鑿井法成為我國建井發(fā)展的必然課題，然而雖然許多鑿井法已有多年的發(fā)展歷程，各種技術(shù)難題也在不斷完善，但仍存在著許多難以克服的技術(shù)難點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的主要研究了建井工程中的兩大課題凍結(jié)壁和井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文中：主井的凍結(jié)壁設(shè)計(jì)；主要包括：凍結(jié)壁厚度的計(jì)算，凍結(jié)壁平均溫度的計(jì)算。凍結(jié)壁厚度的計(jì)算，主要是從表土段土層中選出三段控制其厚度的土層，然后采用多姆克第三、第四強(qiáng)度理論和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果的平均值，來比較得到。凍

15、結(jié)壁平均溫度的計(jì)算，主要是利用體平均溫度的計(jì)算方法。主井的井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；主要設(shè)計(jì)理念是采用雙層復(fù)合井壁，內(nèi)層井壁按承受水壓力計(jì)算，外層井壁按承受凍結(jié)壓力計(jì)算，全井筒按水土壓力校核。確定井壁厚度，主要是根據(jù)井筒地質(zhì)柱狀圖，把表土段土層分成三層，每一層又按內(nèi)外層井壁各自承受的力分別計(jì)算出相應(yīng)的井壁厚度。然后是穩(wěn)定性、強(qiáng)度的驗(yàn)算和配筋的計(jì)算等，主要有：井壁環(huán)向穩(wěn)定性的驗(yàn)算，內(nèi)外層井壁環(huán)向配筋的計(jì)算和按吊掛力計(jì)算的外層井壁的抗裂驗(yàn)算和豎向抗拉鋼筋的配筋計(jì)算。第一章 國內(nèi)外凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)現(xiàn)狀概述1.1 我國建井發(fā)展概況我國煤炭相對于石油、天然氣屬資源賦存比較豐富的能源，在一次能源結(jié)構(gòu)中占70%左右。我

16、國煤炭資源埋藏深度在10002000m的約占總儲量的53.2%。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對能源需求越來越大。目前，我國能源仍有70%依賴于煤炭。煤炭生產(chǎn)的缺口很大，煤炭深部資源開采問題日益突出，建設(shè)一批新的大型、特大型礦井已是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的必須。20世紀(jì)90年代中期以來，深井建設(shè)的平均深度有加速增長的趨勢，根據(jù)不同時(shí)期前5位深井平均的深度統(tǒng)計(jì)，70年代為583.6m，80年代為615.4m，90年代前5年為679.5m，后5年為815.3m。進(jìn)入 21世紀(jì)，開始了幾個(gè)千米井的興建，我國新建深井平均深度已超過千米。但在新井建設(shè)中，首先面臨著井筒穿越深厚不穩(wěn)定

17、表土地層的技術(shù)難題。尤其在山東、安徽、河南、河北等省，表土覆蓋層較薄的煤田已經(jīng)開采，新建礦井的煤層都處于深厚表土地層的覆蓋之下。例如淮南地區(qū)丁集礦530m、顧北礦463m、板集礦580m、口孜東590m、展溝礦620m、口孜西礦680m；淮北的渦陽礦區(qū)在410m以上；河南的薛湖礦井410m、程村礦430m、趙固礦522m、趙樓礦471m；山東的濟(jì)西礦458m、梁寶寺礦480m、龍固礦567. 7m，郭屯礦587m(凍結(jié)深度702m)，萬福礦井表土達(dá)到700m，口孜東礦凍結(jié)740m等等。目前，我國通過深厚表土地層的鑿井方法主要有凍結(jié)法和鉆井法。由于凍結(jié)法施工適應(yīng)性廣、在施工過程中后續(xù)手段多、施工

18、速度快，因此，在工程中得到更多的應(yīng)用。對煤礦井筒施工來說，穿越表土地層深度的大小是反映井筒施工技術(shù)水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，凍結(jié)表土地層深度的大小又是反映凍結(jié)技術(shù)水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，目前各主要使用凍結(jié)法鑿井國家的最大凍結(jié)深度如下：英國為930m，加拿大915m，波蘭725m，中國740m，比利時(shí)638m，德國628m，前蘇聯(lián)620m，法國550m，荷蘭338m。目前，我國已建成的井筒，最大凍結(jié)深度740m口孜東礦凍結(jié)。我國已成為世界上采用凍結(jié)法鑿井最多的國家和凍結(jié)深度最大的國家之一。解決東部地區(qū)600800 m深厚沖積層凍結(jié)法、鉆井法鑿井技術(shù)以及10001 500 m井筒地面預(yù)注漿技術(shù)是今后

19、特殊鑿井領(lǐng)域要重點(diǎn)研究的課題。1.2 國外凍結(jié)法鑿井的研究現(xiàn)狀國外對凍土溫度場的研究己有160多年的歷史，但早期由于測試手段的限制，對凍土溫度場的認(rèn)識只是處于一種表面的和感知狀態(tài).直至20世紀(jì)早期，俄國成立了凍土研究委員會后，才開展了較為廣泛的研究。20世紀(jì)中葉(1945-1960年和1961-1971年)又經(jīng)歷了兩個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期，先后開展了與溫度場有關(guān)的熱力學(xué)、熱物理學(xué)、土壤水熱改良、工程建筑地基穩(wěn)定性以及地球表面和巖石圈層的形成等方面的試驗(yàn)研究和以解析解為主的理論計(jì)算研究。20世紀(jì)70年代后，計(jì)算機(jī)和數(shù)值方法在前蘇聯(lián)凍土領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，使以前許多難以解決的具有復(fù)雜幾何形狀和地質(zhì)條件、

20、考慮熱質(zhì)交換的非線性問題在深度和廣度上都有了新的發(fā)展。真正開始理論性研究并被公認(rèn)為這門學(xué)科理論奠基人的是前蘇聯(lián)學(xué)者CymtnhM.在溫度場等熱物理研究方面以Kypbueb B.A為杰出代表。北美西北歐的一些國家和地區(qū)，與前蘇聯(lián)一樣，出于自然資源的開發(fā)需要，也推動了凍土溫度場及其相關(guān)學(xué)科的研究進(jìn)展。20世紀(jì)初阿拉斯加金礦的開采和1942年北美戰(zhàn)備公路的嚴(yán)重凍害的出現(xiàn)，促進(jìn)了對溫度場理論上的較全面研究。在加拿大，這項(xiàng)研究的蓬勃發(fā)展主要起源于對極地多年凍土區(qū)石油、天然氣等資源的開發(fā)。上世紀(jì)70年代，這些國家相繼進(jìn)入了研究的高潮。除自然資源的開發(fā)需要外，現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在凍土研究領(lǐng)域中的應(yīng)用也

21、加速了該學(xué)科的發(fā)展。BonaicinaC和Fasana Ac(1973)求得了一維非線性溫度場的數(shù)值解，同期，還開展了與溫度有關(guān)的其他問題的科學(xué)研究。1.3 我國凍結(jié)法立井施工技術(shù)發(fā)展歷程自1955年從波蘭引進(jìn)凍結(jié)鑿井技術(shù)并開鑿了開灤煤礦林西風(fēng)井首次應(yīng)用成功后，很快在河北、安徽、江蘇、山東、河南、山西、遼寧、黑龍江、內(nèi)蒙占、吉林等省區(qū)推廣應(yīng)用。50多年來，應(yīng)用凍結(jié)法施工了700多個(gè)立井井筒，累計(jì)凍結(jié)井筒延伸達(dá)150 km，最大凍結(jié)深度702 m，沖積層最大厚度587.4 m，成為通過不穩(wěn)定沖積層及其下部基巖風(fēng)化巖層的主要特殊施工方法。50多年的凍結(jié)法鑿井發(fā)展過程如下： (1).引進(jìn)推廣階段 (

22、19551962年)。凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)以及打鉆、凍結(jié)、掘砌工藝基本上套用波蘭和前蘇聯(lián)凍結(jié)鑿井的有關(guān)規(guī)程規(guī)范。共施工39個(gè)立井井筒，累計(jì)凍結(jié)井筒3 582 m，沖積層最大厚度154. 8 m，凍結(jié)最大深度162 m?？傮w水平是初步掌握了小于200 m沖積層凍結(jié)鑿井的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。主要問題是單層井壁接茬縫封水性差，一般每100 m井壁漏水量為2040 /h。 (2).探索改進(jìn)或自力更生階段 (19631988年)。隨著沖積層厚度和凍結(jié)深度較快增長，凍結(jié)管斷裂、井壁壓壞和井壁漏水量超標(biāo)現(xiàn)象不斷發(fā)生，輕則延長工期和提高工程造價(jià)，重則導(dǎo)致凍結(jié)壁或井壁破裂透水淹井，危及施工安全，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)踐中

23、，認(rèn)識到波蘭和前蘇聯(lián)的原有凍結(jié)鑿井規(guī)程規(guī)范已不能適應(yīng)不小于200 m沖積層凍結(jié)鑿井設(shè)計(jì)和施工的需要，從而邁上邊探索邊改進(jìn)的自力更生道路，開展基礎(chǔ)理論研究和工藝改革，有效地促進(jìn)了我國凍結(jié)法鑿井技術(shù)的發(fā)展。共施工了281個(gè)立井井筒，累計(jì)凍結(jié)井筒延米近50 000m，沖積層最大厚度為358.5 m，凍結(jié)最大深度415 m。在凍結(jié)壁溫度場、凍結(jié)壓力、井壁溫度和壁后凍土融化回凍特性、低溫早強(qiáng)混凝土強(qiáng)度增長規(guī)律以及制冷凍結(jié)、鋼筋混凝土雙層井壁、液壓滑模套壁、鋼筋混凝土塑料夾層井壁等試驗(yàn)實(shí)測研究方面取得了一批重要成果，總體技術(shù)水平是初步解決了小于300 m沖積層凍結(jié)鑿井的設(shè)計(jì)和施工難題。這期間經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)并存

24、，隨著沖積層厚度不斷增大，地壓、水壓、施工難度增大，凍結(jié)管斷裂、井壁壓壞、井壁漏水仍然突出，雖在防治措施上取得了不少經(jīng)驗(yàn)，但未得到有效的根治，所以工程事故較多。其主要原因是凍結(jié)壁厚度偏小且強(qiáng)度低、掘砌段高偏大與井幫裸露時(shí)間過長、井壁強(qiáng)度偏低與整體封水性能差、凍結(jié)管材質(zhì)的低溫韌性和接頭密封性差、井壁夾層注漿時(shí)間偏早或偏遲、施工管理水平低。(3).組織攻關(guān)或完善提高階段 (19891999年)。隨著沖積層厚度的進(jìn)一步增大，凍結(jié)管斷裂、井壁壓壞和井壁漏水量超標(biāo)問題愈加突出，為此原煤炭部和國家能源投資公司提出 “認(rèn)真總結(jié)已有的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，在陳四樓主、副井開展深厚沖積層凍結(jié)鑿井技術(shù)攻關(guān)，有組織有計(jì)劃地攻

25、克技術(shù)難題”。這一階段共施工了110個(gè)立井井筒，累計(jì)凍結(jié)井筒延米超過20000 m，最大沖積層厚度為383 m，凍結(jié)深度為435 m。在凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)、凍結(jié)器鹽水流量、凍結(jié)壁和外層井壁位移、豎向附加力、井壁受力性能以及C40C55早強(qiáng)高強(qiáng)混凝土和防裂密實(shí)混凝土、凍結(jié)管材、短段掘砌工藝等方面取得了一批重大成果，在沖積層厚374.5 m和凍結(jié)深度435 m的陳四樓主、副井創(chuàng)下凍結(jié)管無斷裂、井壁無壓壞和無淋水的記錄。至此，深厚沖積層凍結(jié)法鑿井的整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。(4). 600 m深厚沖積層凍結(jié)法鑿井研究和應(yīng)用探索階段 (2000年以來)。剛跨人21世紀(jì)，我國煤炭基本建設(shè)又出現(xiàn)了一個(gè)新高潮

26、，立井穿過的沖積層厚度和凍結(jié)深度達(dá)到一個(gè)新的增長點(diǎn)。一批沖積層厚度不小于400 m的凍結(jié)井筒開工建設(shè)，我國深厚沖積層凍結(jié)法鑿井又面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，進(jìn)人沖積層600 m凍結(jié)法鑿井的理論和施工技術(shù)的研究和應(yīng)用探索階段。通過科研、設(shè)計(jì)、院校、施工、建設(shè)單位攻關(guān)，在近600 m沖積層凍結(jié)壁和井壁設(shè)計(jì)、凍結(jié)工藝、掘砌工藝、信息化施工等方面取得一系列成果，但系統(tǒng)規(guī)范性的工作還有待開展。關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀：通過凍結(jié)壁溫度場、凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)、凍結(jié)井筒地壓及井壁受力實(shí)測、豎向附加力、混凝土井壁的養(yǎng)護(hù)溫度及壁后凍土融化與回凍特性、外層井壁整體受力性能試驗(yàn)等一系列研究，解決了近600 m沖積層深井凍結(jié)的凍結(jié)壁、

27、井壁設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。1.4 井壁結(jié)構(gòu)概況在整個(gè)礦井建設(shè)中，井筒工程量為礦井總工程量的3%8%，耗用的投資為礦井總投資的10%21%，施工工期即占礦井總工期的30% 55%；而凍結(jié)段對施工安全要求較高從而又是井筒施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)；因此在確保安全的前提下提高凍結(jié)段的施工速度是控制井筒施工工期乃至礦井建設(shè)總工期的關(guān)鍵。井壁作為維護(hù)井筒幾何尺寸及使用功能并支撐地壓的結(jié)構(gòu)物，是礦山的咽喉，根據(jù)特殊鑿井施工特點(diǎn)和受力特性，選擇合理的井壁結(jié)構(gòu)型式，合理設(shè)計(jì)井壁，對降低建井成本，保證礦山安全生產(chǎn)有著十分重要的意義。1.5 我國井壁結(jié)構(gòu)型式和凍結(jié)井壁的發(fā)展概況我國在不穩(wěn)定淺表土層中，現(xiàn)

28、行井壁結(jié)構(gòu)型式主要有以下幾種：1)素混凝土井壁；2)鋼筋混凝土井壁；3)內(nèi)層鋼板鋼筋混凝土復(fù)合井壁；4)雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁。井壁結(jié)構(gòu)是一種地下工程結(jié)構(gòu)，促進(jìn)其發(fā)展的因素很多，主要是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是采礦工業(yè)的發(fā)展，使得井壁結(jié)構(gòu)不斷的發(fā)展。40多年來，我國對凍結(jié)井壁的認(rèn)識和研究經(jīng)歷了三個(gè)階段： 第一階段(從1955年我國首次在開灤礦區(qū)林西煤礦風(fēng)井采用凍結(jié)法鑿井至70年代末)，其特征是：沿用巖石段井壁的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)原則，僅是外載荷大小不同。林西煤礦風(fēng)井井筒全深 111. 95m，凈直徑 5m，穿過第四系表土層厚50. 7m，凍結(jié)深度105m，采用72cm厚缸磚單層井壁，工程進(jìn)展順利，但解凍后

29、井壁漏水嚴(yán)重。以后凍結(jié)井壁改用單層混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的近20個(gè)井筒均出現(xiàn)較大漏水，雖采用壁后注漿堵水等措施，但收效甚微。開灤礦區(qū)范各莊煤礦主井為解決漏水問題，在原井筒內(nèi)又加套一層200 mm厚的井壁，效果很好，因此在 1 964年邢臺煤礦主井井壁設(shè)計(jì)時(shí)首次采用雙層鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)，外層井壁自上而下分段掘砌，內(nèi)層井壁自下而上連續(xù)砌筑，減少接茬而減少了淋水，又可克服厚井壁一次澆筑的困難。邢臺煤礦主井通過表土層厚248. 3m，凍結(jié)深度260 m，井壁厚0.7m1.2m不等，混凝土強(qiáng)度等級為C20C30，但工程完成后，仍有大于工程要求的淋水。為解決雙層井壁漏水問題，有的科技工作者從“加強(qiáng)施工管

30、理、提高工程質(zhì)量”入手，如大屯礦區(qū)張雙樓煤礦主井在內(nèi)壁澆筑混凝土前將外壁混凝土面打毛、內(nèi)外壁鋼筋連在一起，結(jié)果工程質(zhì)量雖優(yōu)，但解凍后井壁仍漏水這個(gè)階段由于井筒通過的表土層厚度較淺，井壁的強(qiáng)度、穩(wěn)定性均可滿足工程要求，但滲漏水超過規(guī)定量的問題一直未能解決。第二階段(70年代末期到1987年)，其特征是：通過現(xiàn)場實(shí)測和實(shí)驗(yàn)研究獲得雙層井壁漏水的原因和機(jī)理，并在工程實(shí)踐基礎(chǔ)上為解決井壁漏水提出了技術(shù)方向和措施。70年代，華東地區(qū)的充州、大屯、徐州、淮南、淮北等礦區(qū)先后開始大規(guī)模開發(fā)，井筒多用凍結(jié)法施工，解決井壁漏水問題更顯緊迫。由于在傳統(tǒng)的對井壁認(rèn)識和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上所提出的技術(shù)措施未能如愿，促使建井界轉(zhuǎn)

31、向開展工程實(shí)測和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究，作為工程措施的基礎(chǔ)。這是我國建井技術(shù)的發(fā)展從 “經(jīng)驗(yàn)型”向 “科研型”的重大轉(zhuǎn)變。實(shí)測結(jié)果表明：在井筒施工中，內(nèi)層井壁環(huán)向鋼筋開始受拉，當(dāng)凍結(jié)壁解凍、溫度恢復(fù)后，環(huán)向鋼筋轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌?，這是由于溫度變化使內(nèi)層并壁冷縮時(shí)受外壁所阻而產(chǎn)生拉應(yīng)力，溫度恢復(fù)正常過程中井壁熱脹而轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。同理，在縱向冷縮過程中混凝土發(fā)生裂縫，致使解凍后漏水。發(fā)現(xiàn)并認(rèn)識了凍結(jié)井壁漏水機(jī)理后，為解決該問題的技術(shù)路線指出了方向：主要是消除溫度應(yīng)力，使內(nèi)壁無裂縫。工程實(shí)測和實(shí)驗(yàn)研究還獲得了凍結(jié)壁溫度、厚度、掘進(jìn)段高及段高暴露時(shí)間與凍結(jié)壁徑向變形的關(guān)系，徑向變形對外層井壁施加的凍結(jié)壓力隨井深、凍結(jié)

32、壁溫度和段高等參數(shù)的變化規(guī)律和數(shù)值，及對外壁的破壞作用，這些成果為凍結(jié)井壁結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、設(shè)計(jì)理論的更新創(chuàng)造了條件。 第三階段，（1987年7月以來），華東地區(qū)的淮北、大屯、徐州、充州等礦區(qū)先后有40多個(gè)在特厚表土層中建設(shè)的立井井壁發(fā)生橫向破裂災(zāi)害，其共同特征是：井筒裝備異常變形，排水管、罐道縱向彎曲，甚至造成卡罐事故，罐道梁向上彎曲，呈現(xiàn)井筒下沉特征，工業(yè)場地均有沉降，井壁均為橫向環(huán)狀破裂，內(nèi)壁混凝土呈楔形塊狀剝落，內(nèi)側(cè)縱向鋼筋向井內(nèi)外凸彎曲、環(huán)向鋼筋間距減?。黄屏褧r(shí)伴有聲響。破裂高度 110m左右不等；破裂處多集中在表土與基巖交界處附近，距地面100m250m；破裂帶漏水，甚至水中帶砂；建井后

33、含水層水位下降30m90m不等，這一突發(fā)性災(zāi)害，嚴(yán)重影響了礦井的生產(chǎn)，危及礦井的安全，迫使一些礦井停產(chǎn)，如張雙樓煤礦(設(shè)計(jì)年產(chǎn)量1. 2Mt)、淮北海孜煤礦(核定年產(chǎn)量0. 9Mt)、臨渙煤礦(核定年產(chǎn)量1.2Mt)等先后停產(chǎn)28個(gè)月，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。井壁破裂災(zāi)害對有厚表土覆蓋礦區(qū)的開發(fā)、開采構(gòu)成威脅，各級領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)專家多次研討、分析原因、探討對策，但眾說紛紜，由于發(fā)生井壁破裂災(zāi)害的時(shí)間和地區(qū)相對集中，曾懷疑是地震的影響。經(jīng)調(diào)研得知：自1985年以來，這些地區(qū)處于地震平靜低潮期。1987年除僅有幾次2級左右的小震外，無異?，F(xiàn)象。在1966年邢臺7.3級地震中，邢臺、邯鄲、峰峰礦區(qū)井筒均未發(fā)

34、生破裂；1975年唐山大地震，開灤礦區(qū)井筒破裂部位在地面以下20m范圍內(nèi)，其破裂特征與華東地區(qū)井壁破裂特征完全不同，因而基本排除地震主因說。也有的專家懷疑是井壁工程質(zhì)量欠佳，經(jīng)對已破裂井壁施工質(zhì)量資料分析，確有質(zhì)量差的井壁發(fā)生破裂，而質(zhì)量好的一些井壁也發(fā)生了破裂，個(gè)別質(zhì)量差的井壁還未發(fā)生破裂，因而用工程質(zhì)量難以解釋這一現(xiàn)象，但認(rèn)為質(zhì)量是一個(gè)因素。有的專家從地質(zhì)學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行分析，懷疑是郊廬大斷層活動的影響，或地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動的影響，但為什么郊廬大斷層通過的開灤、東北等礦區(qū)井壁并未大量破壞呢?況且如何影響也無資料佐證。還有一些專家根據(jù)井壁破裂的特征，分析認(rèn)為有一個(gè)向下的豎向力導(dǎo)致井壁破裂，但

35、這個(gè)力是如何產(chǎn)生的?有多大?影響因素是什么?不得而知。己有的常規(guī)理論和知識、現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)均不能解釋這一災(zāi)害產(chǎn)生的原因，因而探討治理方法時(shí)技術(shù)方向不明。為攻克這一難題，建井界開展了大規(guī)模的現(xiàn)場工程實(shí)測和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)、模型試驗(yàn)研究，經(jīng)過多年的研究終于認(rèn)識到：井壁破裂主要是由于采礦活動或人為疏排水使含水層水位下降，土體有效應(yīng)力增加，土層固結(jié)壓縮，造成地層下沉，地層在下沉過程中給井筒外壁施加了一個(gè)方向向下的豎直附加面力，該力是導(dǎo)致井筒破裂的主要原因。從此破裂機(jī)理出發(fā)，建井界提出了一系列確保井壁破裂的方法。1.6 國外凍結(jié)井壁發(fā)展概況自50年代后半期以來，前聯(lián)邦德國新建井筒凍結(jié)段采用滑動復(fù)合井壁支護(hù)

36、取代了傳統(tǒng)的丘賓筒支護(hù)方法，1963年又對這種復(fù)合井壁的外壁作了改進(jìn)，并用于奧·維克托利亞8號井，此后這種井壁就以該礦縮寫字母字頭命名為“AV"井壁，并成為400 m深度以內(nèi)的凍結(jié)段井筒支護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)井壁。這種井壁結(jié)構(gòu)各層從外向內(nèi)依次為：水泥砂漿充填層、混凝土預(yù)制塊加可壓縮木墊板構(gòu)成臨時(shí)外壁、瀝青層，密封防水鋼板筒 6mm10mm厚(內(nèi)層涂薄層瀝青層)，鋼筋混凝土內(nèi)壁為永久井壁，沿縱向可彎曲，3m為一段高，中間涂以潤滑油作施工縫，這種井壁的最大優(yōu)點(diǎn)是兼有可彎曲、可滑動和可壓縮的特點(diǎn)。具有很好的防水性能而且可以承受一定的動壓，適應(yīng)無煤拄開采技術(shù)。為了提高內(nèi)層井壁的強(qiáng)度，德國采用鋼

37、板(單或雙)與鋼筋混凝土復(fù)合，英國采用鑄鐵丘賓筒、雙層鋼板混凝土復(fù)合并壁，丘賓筒井壁是前蘇聯(lián)等歐洲國家所常用的、初期用鋼筋混凝土材料，以后發(fā)展為鑄鐵或鋼丘賓筒井壁，具有強(qiáng)度高、柔性好等優(yōu)點(diǎn)。1.7 我國現(xiàn)階段井壁設(shè)計(jì)方法及工藝目前，我國凍結(jié)井筒常用的內(nèi)層井壁結(jié)構(gòu)形式有素混凝土井壁和鋼筋混凝土井壁。隨著井筒穿過的表土層厚度增加和地壓加大，對井壁承載力也提出了更高的要求，現(xiàn)行的井壁結(jié)構(gòu)承載力已難以滿足設(shè)計(jì)要求。因此，為了滿足對特厚表土支護(hù)的要求，必須要研究凍結(jié)井筒新型井壁結(jié)構(gòu)。凍結(jié)井筒內(nèi)壁主要承受水壓力，因此從內(nèi)壁受力狀態(tài)來看，若采用現(xiàn)澆高強(qiáng)鋼筋混凝土內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，其內(nèi)緣處于二向應(yīng)力狀態(tài)，抗壓強(qiáng)度低于

38、三軸受壓狀態(tài)值；若采用深厚表土層凍結(jié)井筒內(nèi)層鋼板高強(qiáng)鋼筋混凝土復(fù)合井壁，其內(nèi)外緣都處于三軸受壓狀態(tài)，深厚表土層凍結(jié)井筒內(nèi)層鋼板高強(qiáng)鋼筋混凝土復(fù)合井壁合理地利用約束混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，即利用內(nèi)層鋼板對混凝土筒體起了良好的約束作用，又保留了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本特性。由于內(nèi)層鋼板的強(qiáng)度和彈性模量均大于外層鋼筋混凝土，兩層材料在交接面上通過錨卡連接，始終保持變形協(xié)調(diào)和良好的復(fù)合作用川。外層結(jié)構(gòu)受力變形，將力傳遞給內(nèi)層鋼板，而鋼板在承受外力的條件下，又以徑向力的形式，反作用于外層混凝土筒體，使其內(nèi)側(cè)產(chǎn)生徑向約束壓應(yīng)力，從而減小了混凝土內(nèi)側(cè)徑向應(yīng)變，當(dāng)該徑向應(yīng)力達(dá)到一定值后，內(nèi)側(cè)徑向應(yīng)變小于混凝土的極限值，

39、井壁就不會過早地發(fā)生保護(hù)層脫落和破壞。利用內(nèi)層鋼板來約束斷面內(nèi)混凝土的徑向變形，使其處于三軸受壓狀態(tài)，井壁的承載能力則可明顯地提高。深厚表土層凍結(jié)井筒內(nèi)層鋼板高強(qiáng)鋼筋混凝土復(fù)合井壁承載力明顯高于高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁，因此，在深凍結(jié)井筒內(nèi)壁下部當(dāng)高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，深厚表土層凍結(jié)井筒內(nèi)層鋼板高強(qiáng)鋼筋混凝土復(fù)合井壁就理所當(dāng)然地成為首選。我國自1982年以來，首次在淮南礦業(yè)學(xué)院地下工程結(jié)構(gòu)研究所，針對潘三西風(fēng)井對鋼板混凝土井壁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，但當(dāng)時(shí)的研究都是針對鉆井井壁普通混凝土進(jìn)行的。近幾年的實(shí)踐證明，在特厚表土層中建井，要求井壁結(jié)構(gòu)具有較高的承載力，但井壁又不能太厚，提高井壁

40、結(jié)構(gòu)中混凝土的強(qiáng)度等級是解決這一矛盾的重要途徑，在鋼板復(fù)合井壁中采用高強(qiáng)混凝土，不論從經(jīng)濟(jì)角度還是技術(shù)角度考慮都是十分可行的。北京建井研究所在多年對鉆井法鑿井井壁內(nèi)外力測量基礎(chǔ)上，進(jìn)行了鉆井壁后充填與井壁固結(jié)效果的研究，進(jìn)行了鉆井法井壁與地層摩擦力模型試驗(yàn)，得出鉆井井壁豎向附加力值，同時(shí)從結(jié)構(gòu)理論上開展了約束混凝土井壁的機(jī)理研究，提出了在井壁的內(nèi)圈加鋼板筒，對鋼筋混凝土產(chǎn)生約束作用，可以提高井壁抗御豎向附加力的能力。針對龍固主井582.75 m鉆井工程條件，首次將豎向附加力作為荷載引人鉆井井壁設(shè)計(jì)，全面考慮了井壁實(shí)際受力，設(shè)計(jì)中首次增加豎向附加力作用下危險(xiǎn)截面徑向應(yīng)變的計(jì)算，提高井壁抗豎向附加

41、力的綜合強(qiáng)度，為防止特殊鑿井井筒使用中局部破壞提供結(jié)構(gòu)保證；首次提出了近600 m井壁設(shè)計(jì)理論體系和計(jì)算方法，研究成功擁有知識產(chǎn)權(quán)的單內(nèi)鋼板約束混凝土井壁結(jié)構(gòu)和削球厚殼井壁底，提出用材料力學(xué)和有限元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析、將靜力等效轉(zhuǎn)換成截面內(nèi)力進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算、再按現(xiàn)行國家規(guī)范設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算體系，結(jié)構(gòu)合理，計(jì)算先進(jìn)，安全有保證，解決了井壁承受巨大外力對強(qiáng)度要求和懸浮下沉安裝對自重限制的矛盾；井壁底成功地承受了22300多噸懸浮安裝荷載的考驗(yàn)；首次開發(fā)出節(jié)間處理新技術(shù)、壁后充填工藝及防止井壁懸浮下沉整休失穩(wěn)控制技術(shù)。使近200層樓高的井壁，軸線偏斜僅134 mm和137 mm，是鉆井法鑿井在深主、副

42、井應(yīng)用的重大突破；并首次將C70混凝土成功應(yīng)用于雙向受約束鉆井井壁結(jié)構(gòu)，同時(shí)解決了鉆井井壁高強(qiáng)高性能混凝土應(yīng)用防裂技術(shù)難題，確保了井壁施工質(zhì)量。1.8 深井施工需要研究的幾個(gè)課題1. 深井支護(hù)技術(shù)井深地壓大，巖石軟巖化，致使一般支護(hù)技術(shù)難于適應(yīng)，在國內(nèi)幾個(gè)超千米深井的實(shí)踐中，總結(jié)出一些富有特色的深井支護(hù)方法。但系統(tǒng)地歸納成規(guī)律性，還有待進(jìn)一步深化。對于深厚沖積層的支護(hù)問題就更為突出，深600m左右沖積層凍結(jié)法施工凈直徑67m的井筒，井壁總厚度一般都超過2m，隨著深度的增加，井壁加厚不但造價(jià)高、施工困難而且結(jié)構(gòu)不合理，因?yàn)楹癖谕步Y(jié)構(gòu)的厚徑比大于一定值后，材料效率急劇下降；鉆井法鑿井由于受懸浮下沉

43、安裝基本工藝的限制，井壁太厚浮不起來，就失去了鉆井法實(shí)施的可能性。因此，“結(jié)構(gòu)創(chuàng)新”將成為深厚沖積層特殊鑿井支護(hù)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。2. 通風(fēng)降溫技術(shù)井深地溫升高，勞動條件差，設(shè)備使用效率低，因此在深井掘砌施工中，加強(qiáng)通風(fēng)降溫技術(shù)的研究，就顯得格外突出。另一方面，地溫升高將增加了凍結(jié)法施工對凍結(jié)壁維護(hù)的困難以及鉆井法施工中造成泥漿發(fā)酵而失效等問題，都是實(shí)踐中屢次遇到的現(xiàn)象，是深井特殊施工需要解決的新課題 。3. 防水、治水技術(shù)隨著井深加大，地層構(gòu)造一般比較復(fù)雜，含水層水量大、壓強(qiáng)高，水的治理往往是深井施工的大問題，成為制約施工安全和質(zhì)量管理的瓶頸。采用注漿方法，仍是深井巖石層治水的有效方法。國內(nèi)外

44、也有采用地層凍結(jié)的方法來解決局部水的問題，如我國山東郭屯礦沖積層厚583587m，井深853884m，由于靠近沖積層的巖層水大，采取加大凍結(jié)深度到702m的方法來解決該層水的問題。4. 施工工藝與裝備技術(shù)為提高深井建設(shè)水平，除上述專項(xiàng)技術(shù)外，關(guān)鍵在于提高施工機(jī)械化水平。近年來通過引進(jìn)學(xué)習(xí)國際上先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了適合我國條件的深井掘砌工藝和機(jī)械設(shè)備，取得了較大的進(jìn)步。唐口礦3個(gè)千米井的興建，平均月成井超百米；僅用4.5a建成實(shí)際生產(chǎn)能力825萬t/a礦區(qū)的“濟(jì)北模式” ；山東龍固、郭屯，安徽丁集、板集的深厚沖積層特殊鑿井技術(shù)。都取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，并有所突破和創(chuàng)新。上述成績，雖然總體上還

45、處于起步階段，尚未形成一套完整的適合我國煤礦深部礦井開發(fā)的先進(jìn)理論、施工工藝和設(shè)備，在建井界的共同努力下，經(jīng)過“十一五”期間的協(xié)同攻關(guān)，在10001500m深立井綜合防治水、井筒鑿砌施工工藝與技術(shù)裝備研究，深井支護(hù)以及深厚沖積層凍結(jié)法和鉆井法鑿井技術(shù)等各方面再上一個(gè)新臺階，使我國深井快速建井綜合技術(shù)躍居世界前茅是完全可能的。1.9 設(shè)計(jì)研究中存在的一些問題1. 功凍結(jié)壁所用凍土力學(xué)參數(shù)均用地面凍土力學(xué)參數(shù)值，對深土凍土力學(xué)特性參數(shù)無論是試驗(yàn)方法，還是數(shù)值確定都有待研究;(2)凍土強(qiáng)度僅為試件加載條件下強(qiáng)度，沒有考慮到試件強(qiáng)度與以凍土為材料的結(jié)構(gòu)物之間的關(guān)系，即未考慮尺寸效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng);(3)對

46、凍土單試件強(qiáng)度研究較多，對凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的研究有待深入。2. 對凍結(jié)法鑿井的井壁認(rèn)識也有一個(gè)過程,在厚表土層中，施工對井壁的要求是有足夠的強(qiáng)度和不滲水.自50年代開始至70年代末，厚表土層中井壁強(qiáng)度尚能滿足要求，但均有淋水.采用井壁外、井壁內(nèi)注漿堵水效果均微.為消除井壁裂隙而淋水，加強(qiáng)施工管理提高質(zhì)量，力圖達(dá)到井壁無裂縫，但均不成功.直到70年代末80年代初，在井壁受力實(shí)測中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)層井壁受溫度影響，產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力以至產(chǎn)生裂縫川.這是對井壁工況認(rèn)識的一次飛躍，發(fā)現(xiàn)了井壁產(chǎn)生裂縫的原因.在吸取國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在內(nèi)、外層井壁間加一個(gè)薄的夾層，允許內(nèi)、外層井壁間有小量滑動，從而消除

47、溫度應(yīng)力，保證了內(nèi)壁無裂縫，而達(dá)到了無淋水的目的。3. 1987年以來，在華東地區(qū)，先后有30幾個(gè)厚表土層中豎井井壁發(fā)生橫向環(huán)狀破裂，嚴(yán)重影響安全和生產(chǎn).經(jīng)數(shù)年研究發(fā)現(xiàn)，在厚表土層中，含水層直接覆蓋在煤系地層的條件下(常稱“特殊地層”條件)，由于采礦活動(或人工抽水)造成含水層疏排水，水位下降、地層有效應(yīng)力增加而固結(jié)壓縮，地層下沉.在地層下沉過程中對井壁外壁施加一個(gè)向下的豎直附加面力(簡稱“豎直附加力”)是造成井壁破壞的主要原因，這是對特殊地層條件下井壁工況和受載理論和觀念上的一個(gè)突破。4.傳統(tǒng)的理論和觀念是:表土段井壁和巖石段井壁一樣主要承受水平地壓，僅地壓值大小不同，井壁自重等豎向力大部分

48、由地層承擔(dān).實(shí)際上，在特殊地層條件下井壁在豎向不只承受自重，還要承受豎直附加力.對井壁的力學(xué)計(jì)算不能簡化為平面力學(xué)問題，而是三維空間力學(xué)同題.其后，為保障特殊地層條件下，達(dá)到井壁安全，開展井壁研究，在受載組合、井壁結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)原則等方面都取得創(chuàng)新性的進(jìn)展.但對井壁結(jié)構(gòu)與介傳質(zhì)間藕合作用的研究還剛剛開始，對新型井壁結(jié)構(gòu)的力學(xué)研究還很欠缺，也缺乏實(shí)用時(shí)間的考驗(yàn)。第二章 朱集礦主井設(shè)計(jì)概況2.1 井筒概況 （1）基本概況朱集礦位于安徽省淮南市潘集區(qū)境內(nèi)，距洞山約38km，井筒位于礦井工業(yè)廣場內(nèi)，場地內(nèi)地勢平坦，多為農(nóng)田，無障礙物。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬噸/年。主、副、風(fēng)、矸石井四個(gè)井筒均在同一個(gè)工業(yè)

49、廣場內(nèi)。其表土段均采用凍結(jié)法施工，基巖段采用地面預(yù)注漿封水。井筒主要技術(shù)特征見下表：表2-1 井筒直徑與沖積層厚度序號 項(xiàng)目名稱單位主井副井回風(fēng)井矸石井1 井筒凈直徑m7.6 8.27.58.32沖積層厚度m323.40328.10330.90327.66(2) 施工條件礦方提供6KV電源接口，進(jìn)場臨時(shí)道路已經(jīng)具備，水源由礦方提供，其他現(xiàn)場施工條件施工單位自行考慮，礦方予以協(xié)調(diào)。在礦方提供的工廠平面圖上界定自己的施工區(qū)，合理布置臨時(shí)設(shè)施和利用施工現(xiàn)場。工廠內(nèi)的永久設(shè)備總機(jī)庫和機(jī)修車間可作為凍結(jié)站房用。2.2 地質(zhì)概況水文地質(zhì)淮南煤田位于華北平原南緣，為近東西向的復(fù)向斜構(gòu)造盆地。東接郯廬斷裂，西

50、連周口坳陷，北靠蚌埠隆起，南鄰合肥坳陷。水文地質(zhì)條件受區(qū)域構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動的控制，深、淺層地下水存在明顯的差異。區(qū)內(nèi)現(xiàn)代地貌景觀，由東南端基巖裸露的低山、丘陵向西北過渡到厚松散層覆蓋的黃淮沖積平原，地勢呈現(xiàn)西北高而東南略低。地表水系發(fā)育，淮河流經(jīng)煤田的東南緣，其支流主要有潁河、西淝河，自西北流向東南，最后注入淮河。流量受季節(jié)控制，起排洪蓄水兼顧，對淺層地下水起補(bǔ)給作用。在東南高西北低的古地貌形態(tài)基礎(chǔ)上，自新生界以來，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動表現(xiàn)為振蕩性升降運(yùn)動，由于升降運(yùn)動的差異性，沉積了西厚東薄的上第三系和第四系松散層，從丘陵邊緣向西增厚達(dá)700m以上，新城口斷層以東不足100m。朱集礦井煤系地層為二

51、疊系山西組和上、下石盒子組，第四系松散層厚度161.65m538.00m，平均厚度382.18m，厚度變化規(guī)律隨古地形由東向西北逐漸增厚，基本沿古地形向西北傾斜，局部地段稍有起伏。本井田內(nèi)含水層由新生界松散層砂層孔隙水、煤系地層砂巖裂隙水和石炭系太原組及奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水三部分組成。根據(jù)巖性組合特征和含水層的富水性，可劃分為四個(gè)含水層和三個(gè)隔水層。 1.一含厚度在23.6025.90m之間，上部為灰綠色、土黃色粘土，多氣孔、蟲穴、植根，夾5mm左右砂漿，下部為粉砂，厚度17.00mm，銹黃色，疏松松散，含粉土。一含富水性較弱，易受污染，屬農(nóng)業(yè)灌溉和居民飲用水源一含屬潛水半承壓水，受大氣降水

52、及地表水體滲入補(bǔ)給，水位變化具有季節(jié)性，與大氣降水有密切關(guān)系。地下水以垂直運(yùn)動為主，層間徑流微弱，排泄方式主要是人工開采、地面蒸發(fā)、植物蒸騰、和地表河流。2.一隔底界埋深51.8052.35m，厚度26.2028.20m，副井、矸石井為單一土層，主井、回風(fēng)井夾34層薄層粘土質(zhì)砂和細(xì)砂，土層占層組厚度的72100，一隔為厚層粘土、砂質(zhì)粘土，灰綠色雜銹黃色，密實(shí)致密，含砂質(zhì)不均，性韌，可塑上中部有35mm砂礓，大者815mm。一隔在工廠區(qū)內(nèi)比較穩(wěn)定，具隔水作用，但外圍局部變薄，砂層增厚，失去隔水作用。詳見地層結(jié)構(gòu)表2-2：表2-2 一隔地層結(jié)構(gòu)表檢查孔埋深厚度砂層土層土占百分?jǐn)?shù)（）頂界底界層數(shù)累厚

53、層數(shù)累厚副井25.9052.1026.20126.20100主井24.4052.3527.9533.25424.7088風(fēng)井23.6051.8028.2047.95520.2572矸石井24.4052.1027.70127.701003.二含底界埋深在92.50m左右，層厚40.0540.08m，夾土層12層，單層粘土厚度較大。二含砂層以中細(xì)砂、細(xì)砂為主，底部為中粗砂，含巨粒。土黃雜灰色，松散含泥質(zhì)團(tuán)塊。上段有厚層砂質(zhì)粘土，灰綠色雜棕黃色，致密局部可塑，含鈣質(zhì)零星分布?？梢姸砍渑?，并存在上部含水層越流補(bǔ)給，為礦區(qū)供水水源。二含屬沖積平原型孔隙承壓水，地下水徑流方式為側(cè)向?qū)右姀搅鳎a(bǔ)給來源

54、以側(cè)向和一含越流補(bǔ)給為主，水位隨一含按季節(jié)變化，與三含上段砂層有水力聯(lián)系。排泄方式主要是人工開采、側(cè)向水平徑流以及向中上層段砂層的越流補(bǔ)給。4.二隔底界埋深97.5099.50m，層厚5.206.60m，為單一結(jié)構(gòu)的砂質(zhì)泥巖，淺灰綠色，土黃雜灰綠色，局部白色、致密，中上部含鈣質(zhì)呈半巖化，固結(jié)較好。二隔土層分布比較均勻，在不破壞水力均衡條件下，具有隔水作用。見地層結(jié)構(gòu)表2-3：表2-3 二含地層結(jié)構(gòu)表檢查孔名稱埋深厚度砂層土層砂層占百分?jǐn)?shù)（）頂界底界層數(shù)累厚層數(shù)累厚副井52.1092.4040.30423.30117.0058主井52.3592.4040.05426.25213.8066風(fēng)井51

55、.8592.9040.80322.40117.9556矸石井52.1092.9040.80421.20219.60525.三含頂界埋深97.5099.50m,底界埋深260.00262.35m，層組厚161.40164.85m有砂層1923層，累厚106.20125.45m，占層組厚度的6576，夾土層1721層，累厚39.4057.20m，土層單層厚度在0.408.60m之間，一般厚15。三含總厚160余米，按地層結(jié)構(gòu)和巖性可分為上、中、下三段。上段底界埋深約134m，層厚28，以砂層為主，占80.3，夾砂質(zhì)粘土3層，單層厚0.403.30m，累厚6.80m，砂層為中粗粒，多見礫石，礫徑31

56、2mm,大者35cm。呈灰綠色，灰白色，局部銹黃色松散，局部半固結(jié)。中斷底界埋深約187m，層厚53米，以砂質(zhì)粘土為主，累厚31m，占中斷總厚的58，土層單層厚1.058.60，一般厚35，呈灰綠色銹黃色，致密，含砂不均，普遍含鈣質(zhì)，呈零星分布或團(tuán)塊分布，固結(jié)良好，鈣質(zhì)富集處半巖化。砂層多為細(xì)砂，銹黃色雜灰綠色，一般呈松散狀，局部密實(shí)，夾薄層細(xì)砂盤，厚0.11.0m。下段底界埋深約260，層厚73m，以砂層為主，占86，夾薄層細(xì)砂6層，單層厚度0.604.10m，一般厚1.0m左右，累厚10.50m。砂層多為細(xì)砂，間夾中砂，灰綠色雜銹黃色，灰白色。松散，局部含泥質(zhì)或泥質(zhì)團(tuán)塊，偶含細(xì)礫，底部有細(xì)

57、砂盤厚0.30m。三含屬沖積平原型孔隙承壓水，上部二隔土層厚度較小，在區(qū)域范圍內(nèi)三含與二含存在水力聯(lián)系，三含補(bǔ)給來源以二含的越流補(bǔ)給為主，次為水平徑流補(bǔ)給。排泄方式是水平徑流和人工開采，存儲量受區(qū)域調(diào)節(jié)。地層結(jié)構(gòu)見下表2-4：表2-4 三含地層結(jié)構(gòu)表檢查孔名稱埋深厚度砂層土層砂層占百分?jǐn)?shù)（）頂界底界層數(shù)累厚層數(shù)累厚副井97.70260.00162.3020112.151750.1569主井97.60261.00163.4019106.202157.2065風(fēng)井97.50262.35164.8523125.451739.4076矸石井99.50260.90161.4020112.251949.15706.三隔底界埋深280.00284.55m，層厚19.5522.20m，基本上屬