【矿山图书5】冻结法凿井施工手册

发布时间:2018-04-12

一、手册简介  

     1986年版《建井工程手册》第十六篇（冻结法施工）是目前指导冻结法施工的主要参考资料，2004年版《简明建井工程手册》第四篇第一章（冻结法凿井技术）仅是缩减版，并未将20世纪80年代末至21世纪初的冻结技术发展的新水平总结概括，更不包含我国21世纪多圈孔冻结技术的发展和应用成果。

    新编写的冻结法凿井施工手册，对冻结法凿井的技术、施工方法和应用成果进行了系统总结。

   《冻结法凿井施工手册》主编单位13个，共计11章，原计划编写80万字，实际编写105万字。

《手册》共计11章,各章主要内容如下：

第1章冻结法凿井技术简况,总结国内外冻结法凿井技术的发展状况和各阶段的工程特点,对比分析我国与国外的主要技术特点及水平,展现我国冻结法凿井综合技术指标和水平。

第2章冻结法凿井相关的基本理论,介绍冻结法凿井相关的地压、冻结压力、冻土物理力学性能,以及冻结壁形成特性的分析方法、冻结壁形成的基科研本特性和冻结壁解冻特性;系统总结单圈孔及多圈孔冻结壁形成特性等方面并选的分析方法、研究成果和工程应用。

第3章冻结段井壁结构与筑壁材料,简介冻结法凿井井壁结构的基本形式力求及其应用效果,分析立井冻结段井壁的相关问题,以及高强高性能混凝土在现场我国冻结段井壁结构的应用;在深厚冲积层中冻结段采用钢筋混凝土塑料夹层井壁结构,内外层井壁推广应用高强高性能混凝土和低温早强高强混凝土,并已取得明显效果。

第4章立井冻结设计,系统总结我国冻结设计的指导思想及主要内容,冻壁厚度、掘砌段高、冻结壁平均温度和冻结设计参数优选四位一体的冻结璧设计计算体系,多圈孔冻结与冻结工艺的优化组合、制冷冻结与调控、含水基岩冻结凿井研究与应用。

第5章打钻设备、材料及钻孔施工技术,重点介绍我国冻结孔打钻装备与施工技术、冻结器安装,以及特殊地层冻结孔施工经验。

第6章制冷冻结设备材料及安装运转,重点介绍我国制冷设备及材料、冻结站安装、冻结站供配电、冻结站运转与维护、冻结站拆除及冻结孔充填,以及液氮冻结技术应用等。

第7章立井冻结段掘进与支护,着重介绍我国冻结段井壁掘砌施工工艺及主要施工方法、机械化装备水平、冻结段安全快速施工措施和掘砌技术特点。

第8章立井冻结法凿井工程检测与应用,着重介绍冻结法凿井工程主要检测内容、目的、手段、措施、应用效果及注意问题。

第9章冻结法凿井工程问题分析与处理,着重对水位孔未及时冒水、冻结管断裂、外层井壁压坏、冻结壁透水、井壁透水和收缩开裂等问题的原因及防治进行分析,提出防止类似问题发生和处理的措施。

第10章斜井冻结设计与施工,系统总结斜井冻结段井壁结构设计、冻结设计、冻结段掘进与支护、检测技术、冻结工程遇到的问題与防治措施,并通过斜井冻结工程案例分析,为解决斜井冻结工程中的突出问题提供例证。

第11章冻结法凿井工程技术管理,根据我国60年来的冻结凿井经验和相关技术规范,重点阐述施工组织设计及主要技术措施的监督与管理、钻孔施工与冻结管安装的工程技术管理、冻结站安装与运转工程技术管理、冻结段掘砌工程技术管理。

二、目  录

1     冻结法凿井技术简况

1.1 冻结法凿井的实质、适用条件、应用范围   

1.2 冻结法凿井在国外的创立与发展简况 

     1.2.1 冻结法凿井的创立与发展过程                                                         1.2.2 国外冻结法凿井创立探索阶段的发展简况

     1.2.3 冻结法凿井提高完善阶段以来的发展简况

1.3 冻结法凿井在中国的应用与发展 

     1.3.1冻结工程简况 

     1.3.2 井壁结构类型及实施效果

     1.3.3 冻结设计方法及实施效果

     1.3.4 冻结法施工技术简况

     1.3.5冻结工程主要问题及解决措施 

1.4  国内外冻结法凿井技术浅析   

2    冻结法凿井相关的基本理论

2.1 地压

     2.1.1 水平地压

     2.1.2 水压

2.2 冻结压力

     2.2.1 冻结压力的基本概念及影响因素 

     2.2.2 冻结压力实测研究

2.3 冻土物理力学性能

     2.3.1 冻土的物理特性

     2.3.2 冻土和未冻土的热物理参数

     2.3.3 冻土的力学特性

     2.3.4 冻土物理力学性能试验项目的建议

   2.4 冻结壁形成的基本特性

     2.4.1单圈孔冻结壁形成基本特性

     2.4.2主孔圈内侧增设防片孔和双圈孔冻结壁形成基本特性

     2.4.3多圈孔冻结壁形成基本特性

2.5 冻结壁形成特性的分析方法

     2.5.1 实测作图分析法

     2.5.2 数值模拟分析法

     2.5.3 综合分析法

2.6 冻结壁解冻特性

     2.6.1 单圈孔冻结壁自然解冻特性

     2.6.2 立井多圈孔及斜井冻结壁解冻特性

     2.6.3 冻结壁人工解冻特性及工程应用 

3  冻结段井壁结构与筑壁材料

3.1 井壁结构的基本型式及应用效果

     3.1.1 我国以冲积层为主的冻结段井壁结构型式

     3.1.2 国外冻结段井壁结构基本型式及AV型井壁在中国试验应用简况

     3.1.3 不同类型的外层井壁结构应用效果及整体受力性能试验        

     3.1.4 立井冻结段井壁的相关问题分析

     3.1.5 我国深厚冲积层冻结段井壁结构的发展趋势

     3.1.6 斜井冻结段井壁设计要点

3.2 高强高性能混凝土的试验应用对冻结段井壁结构设计和施工的影响

     3.2.1 大于500m冲积层冻结段井壁结构设计和施工遇到的问题      

     3.2.2 高性能混凝土原材料组成和基本性能

     3.2.3 高性能混凝土在深厚冲积层冻结段井壁工程中的应用

     3.2.4 C60~C100高性能混凝土的成功应用对冲积层冻结段井壁设计和施工的影响              

     3.2.5 C80~C100 混凝土轴心抗压强度设计值取值研究和应用

4  立井冻结设计

4.1  冻结设计必备资料                                                                            

4.3 冻结深度                                                                                         4.4  冻结壁设计计算体系                                                                       

     4.4.1 冻结壁设计计算体系的基本内容 

     4.4.2 我国冻结壁设计的基本状况

     4.4.3 冻结壁厚度、掘砌段高、冻结壁平均温度的计算方法  

     4.4.4 冻结壁设计参数优选

     4.4.5 冻结壁设计计算步骤

4.5  冻结孔布置与冻结工艺

     4.5.1 冻结孔布置及冻结工艺的演变

     4.5.2 单圈孔的不同冻结工艺

     4.5.3 双圈孔及多圈孔冻结的布孔特点及应用简况

     4.5.4 主孔圈位置对多圈孔冻结优化组合效果的影响

     4.5.5 冻结孔布置设计参数

4.6  制冷与调控设计

     4.6.1 冻结需冷量和标准制冷量

     4.6.2 冷却水需用量与补给量

     4.6.3 冻结器盐水循环量与调控

4.7  冻结设计优化

4.8  检测孔设计

4.9  冻结法凿井主要节点工期分析

4.10  冻结方案设计主要技术指标

4.11  含水基岩冻结凿井研究与应用

5  打钻设备、材料及钻孔施工技术

5.1  打钻设备机具

     5.1.1 主要打钻设备    

     5.1.2 主要施工机具

5.2  钻孔施工

 5.2.1 冻结钻孔施工准备

     5.2.2 冻结钻孔施工

5.3  冻结管及检测孔（管）安装与验收

5.4  特殊地层冻结钻孔施工工程案例

     5.4.1 潘一东风井在透水涌砂空洞地层施工冻结孔案例

     5.4.2 谢桥副井在冻土及涌砂空洞地段施工冻结孔案例

     5.4.3方庄新主井深厚卵石层冻结孔快速施工案例

     5.4.4平煤六矿北二回风井淹井事故井筒断层破碎带地段

冻结孔施工案例

6    制冷冻结设备材料及安装运转

6.1 制冷冻结设备

     6.1.1 制冷压缩机

     6.1.2 制冷冻结的辅助设备

     6.1.3 冷却水泵

     6.1.4 盐水泵

6.2  制冷冻结材料

     6.2.1 冻结管材

     6.2.2 制冷冻结主要材料

     6.2.3 低温管路设备的隔热材料

6.3  冻结站安装

     6.3.1 冻结工程施工工艺流程 

     6.3.2 冻结工程施工组织设计编写大纲

     6.3.3 冻结站布置

     6.3.4 冻结站工程项目与施工顺序

6.3  冻结站安装

     6.3.5 冻结站施工前的准备工作

     6.3.6 冻结站工程施工与安装

     6.3.3 冻结站布置

     6.3.4 冻结站工程项目与施工顺序

6.4  冻结站供配电

     6.4.1 供电特点、要求、方式及节电措施

     6.4.2 供电系统安装

     6.4.3 箱式变（配）电室的位置及平面布置

6.5  冻结站的运转与维护

     6.5.1 冻结系统试运转

     6.5.2 冻结站运转的检测工作

     6.5.3 制冷冻结控制 

     6.5.4 冻结壁形成特性分析、工程预报与调控

     6.5.5 冻结站维护

6.6  冻结站拆除和冻结孔充填 

     6.6.1 液氮和盐水回收

     6.6.2 制冷设备和管路拆除

     6.6.3 冻结孔充填

     6.6.4 拔冻结管

6.7  液氮冻结技术与应用

     6.7.1 液氮冻结的特点及应用案例

     6.7.2 液氮冻结工程技术要点

     6.7.3 液氮冻结工程应用注意事项

7    立井冻结段掘进与支护

7.1  冻结段掘进与支护施工组织设计编写大纲

7.2  冻结段开挖前的准备工作   

7.3  冻结段开挖条件与开挖时间

     7.3.1 确定冻结段开挖时间的重要性

     7.3.2 冻结段开挖条件与注意事项

     7.3.3 冻结段正式开挖应具备的条件

     7.3.4 冻结段试挖和正式开挖时间

7.4  冻结段外层井壁掘砌

     7.4.1 冲积层冻结段外层井壁掘砌

     7.4.2 基岩冻结段外层井壁掘砌

     7.4.3 冻结段掘砌段高与循环作业时间

     7.4.4 深厚冲积层冻结段安全快速施工的主要措施

     7.4.5 冻结段掘砌遇到的问题及防治

7.5  内层井壁套壁

     7.5.1 一次性套壁与分次（段）套壁施工工艺

     7.5.2 套壁施工方法对比及改进

     7.5.3 液压滑模套壁施工方法

     7.5.4 在冲积层及风化岩层中启动分次套壁预案的特殊措施

7.6  冻结段塑料夹层井壁壁间注浆

     7.6.1 影响壁间注浆效果的主要因素

     7.6.2 壁间注浆的最佳时机

     7.6.3 壁间注浆施工工艺及效果

     7.6.4 壁间注浆注意事项

7.7  高强高性能混凝土在井壁工程中的应用

     7.7.1 冻结段井壁结构对混凝土性能要求

     7.7.2 高性能混凝土的基本组分及施工特性

     7.7.3 高性能混凝土的应用状况

     7.7.4 高性能混凝土施工注意事项

7.8  我国深厚冲积层冻结段掘进与支护的技术特点

8    立井冻结法凿井工程检测与应用

8.1  冻结法凿井工程检测的主要内容、部位、目的

8.2  冻结器及盐水干管的温度、流量检测与调控

8.3  水位孔水位的检测与应用

8.4  冻结壁温度场检测与分析

8.5  冻结壁径向位移检测

8.6  井壁温度及壁后冻土融化回冻特性检测

8.7  冻结压力检测 

9    冻结法凿井工程问题分析与处理

9.1  水位孔未按预测时间冒水的原因与应对措施

9.2  冻结管断裂问题分析及防治措施

9.3  冻结段掘砌过程透水事故的原因及防治措施

9.4  外层井壁压坏、开裂等问题分析及防治措施

9.5  内层井壁施工存在的主要问题及防治措施

10    斜井冻结设计与施工

10.1  斜井冻结施工组织设计大纲

10.2  斜井冻结井检孔

10.3  斜井冻结段井壁结构设计

10.4  斜井冻结方案设计

     10.4.1 斜井冻结设计要点

     10.4.2 斜井冻结壁厚度计算

     10.4.3 冻结工艺及分段冻结长度

     10.4.4 冻结段与非冻结段衔接

     10.4.5 竖孔冻结方式的冻结孔布置

     10.4.6 水位、温度检测孔

10.5  斜井冻结系统设计、施工与运

10.5.1  盐水循环系统设计

10.5.2  冻结管隔热方式

10.5.3  钻孔施工

10.5  斜井冻结系统设计、施工与运

10.5.4  冻结管与盐水系统安装

10.5.5  制冷系统设计、安装与运转 

10.6  斜井冻结段掘进与支护

10.6.1  斜井冻结段掘砌施工组织设计特殊要求

10.6.2  斜井冻结交圈状况检测及开挖时间

10.6.3  含水层冻结段井筒锁口施工

    10.6.4 井筒掘砌

    10.6.5 冻掘配合

10.7  斜井冻结检测技术及应用

    10.7.1 顶底板冻结壁交圈监测技术

    10.7.2 斜井冻结水位观测孔监测技术

    10.7.3 掘进断面温度分布及冻结壁底板温度检测

    10.7.4 斜井挖掘断面等效冻结时间及调控技术

    10.7.5 分段冻结开机时间

10.8  斜井冻结凿井工程遇到的问题与防治措施

10.9  斜井冻结工程案例 （6个案例）

11    冻结法凿井工程技术管理

11.1  施工组织设计及主要技术措施的监督与管理

11.1.1  冻结法凿井施工组织设计的主要技术内容

 11.1.2  施工组织设计编制、实施的相关职责

 11.1.3  施工组织设计的审核、变更与备案

11.2  钻孔施工与冻结管安装工程技术管理

11.3  冻结站安装与运转工程技术管理

11.4  冻结段掘砌工程技术管理

三、著作简介

 陈文豹，男，1932年8月出生，福建省福清市人。1956年毕业于北京矿业学院矿山企业建筑系，教授级高级工程师。现任天地科技建井研究院顾问、中煤老科协煤炭开发工程技术咨询专家委员会秘书长、北京煤科联应用技术研究所所长。

   一直在煤炭科学研究总院北京建井研究所从事冻结法、钻井法、松软岩层施工研究，混凝土外加剂与高强混凝土、防腐混凝土、防裂密实防水混凝土等研究，以及矿井建设监理工作。

   获得国家级科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖3项、二等奖1项、三等奖9项。主编过《煤矿冻结法凿井》、《立井液压滑模筑壁》、《井巷工程施工手册(冻结法施工）》、《建井工程手册(冻结法施工）》、《煤矿井巷工程质量检验评定标准》、《立井冻结壁形成规律(译）》、《煤矿冻结法施工经验》、《混凝土外加剂及其在工程中的应用》、《梁北矿立井快速施工与管理》、《永夏矿区深厚冲积层特殊凿井技术》、《程村主副井深厚冲积层冻结法凿井技术》、《赵固矿区500m以上冲积层冻结法凿井技术》等书。

   1992年被授予国家有突出贡献的专家，曾任中国煤炭学会煤矿建设专业委员会专家委员会委员、中国土木学会高强高性能混凝土专业委员会委员。

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