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GBT51277-2018 矿山立井冻结法施工及质量验收标准

用制冷技术暂时冻结加固立井井简周围不稳定地层 地下水后再凿井的特殊施工方法，

2. 0. 2 制冷站

SN/T 4865-2017 大豆拟茎点种腐病菌检疫鉴定方法refrigerationplan

efrigeration plan

在并筒附近集中设置制冷设备和设施，为地层冻结提供负 环盐水的建筑场所，其中主要有氨循环系统、盐水循环系统 水循环系统及供电系统。

2. 0. 4 人工冻土(岩)

用人工制冷的方法使松散不稳定含水地层冻结，使其成为 冰的土(岩)。

frozen wall

用制冷技术在井筒周围地层中形成的，有一定厚度、强度利 的封闭冻结雌幕。

2.0.6冻结壁形成期

从升始冻结至达到冻结壁设计要求的时间。文称 结期。

2.0.7冻结壁维持期

冻结壁达到设计要求后，为维持其设计要求，继续向冻结器 低温盐水的时间。又称维持冻结期

从地层开始冻结，至井简周围所有的主冻结器单独形成的冻

均相交，连接成封闭冻结惟幕

freezing hole

2. 0. 10 水文观测孔

2. 0. 11 温度观测孔

安设温度观测管的钻孔

leviational sury

在某一水平面上，以钻孔设计轨迹线与之交点为圆心、 值为半径的圆域。

mud protectionwal

钻孔施工时，利用孔内泥浆的静压力平衡地压、士压与 并使泥浆渗入围岩，形成泥皮，达到维护孔壁的方法。

2. 0.15 冻结器

freezing apparatus

安放在冻结孔内，由冻结管、供液管、回液管等组成，书 锥，用作循环冷媒剂与地层进行热交换的装置。

2.0.16并简掘进段高

pressure of freezing wal

壁支护后，冻结壁蠕变变形及冻结壁与井壁间未冻土冻肝 土回冻、冻胀等因素作用于井壁上的径问压力的统称，是临 ，亦称冻结压力。

3.0.31.程施.中应建立技术档案，并应做好测试记录、隐蔽T 程记录、质量检查记录和竣工图纸等文件资料收集、整理T作。 3.0.4丁程竣工时应按规定做好施工总结，竣T资料应真实、准 确、齐全。

3.0.5立并冻结工程应按照设计施工图、施工组织设计 程施工。施工组织设计、作业规程应采用先进技术工艺，折 质量标准和要求，制定相应质量保证措施，并经审查批准

3.0.6施工现场质量管理应具有相应技术标准、规范及质量管理 体系。

3.0.6施工现场质量管理应具有相应技术标准、规范及质量管理

3.0.7施工质量控制应符合下列规定：

1主要材料、半成品、成品、构配件应现场验收：按有关规定 复检，并应经监理丁程师确认： 2各工序质量控制应符合施工技术标准，每道工序完成后， 应进行质量检查并形成质量记录

D.8工程质量验收应符合下列

1 冻结钻孔质量及偏斜控制应符合本标准及冻结方案设计 要求； 2 质量验收人员应具备相应专业知识及施工经验； 3T程质量的验收应在施工单位自行检查、验收的基础上 进行；

4隐蔽工程在隐蔽前应由施工单位通知有关单位验收，并应 形成验收文件； 5试块、试件及有关材料，应按规定见证取样检测； 分项丁程质量应按规定验收； 7 见证取样检测及工程安全检测单位应具有相应能力。 3.0.9 工程质量应按卜列程序验收： 施工单位应对每一工序进行质量自检，并应做好施工自检 记录； 2分项工程应由建设单位或委托监理单位的专业监理工程 师组织相关单位验收； 3分部工程应由建设单位或委托监理单位的总监理工程师 组织有关单位验收，

4.1.1施工前准备T.作应符合下列规定：

· 1应为冻结施工单位提供审查通过且满足工程施工需要的 矿井地质资料、井筒检查孔资料及矿并水文地质报告； 2应组织完成立井井筒设计交底； 3应编制施工组织设计、施工作业规程、施工技术措施： 4应完成测量基点移交，工程定向，场地测量以及施工期间 的交通运输、给排水、输变电、通信、防雷电、防火、防洪涝等工程及 必要的生产、生活、辅助设施；场地平整及障碍物拆迁； 5应合理做好冻结施工设施及设备配置，完成冻结施工物资 诸备和资源配置； 6应办理开工手续。 4.1.2施工期间总用水量应按立井冻结工程生产、生活用水量之 和确定，并增加10%备用量。生产、生活用水应加强水质管理并 注重合理分配。 4.1.3冬期、雨期等特殊气候条件下施工，应编制专门安全技术 措施。 4.1.4编制施工组织设计、施工作业规程、施工技术措施应符合 下列规定： 1立井冻结和掘砌施工均应编制施工组织设计； 2采用特殊工艺或新工艺施工的工程，应编制施工组织 设计； 3重要分项工程及特定工艺工序应编制施工作业规程或作 业指导书、施工技术措施。

1工艺流程合理，动力设施应靠近负荷中心，机修及加工设 施宜邻近料场与仓库； 2办公、生活区相对于制冷站宜布置在主要风向的上风向或 侧上风向上，且应与制冷站分开布置，间距不应小于30m； 3办公、生活区和制冷站厂房的布置应避开低洼地及不影响 永久建筑的正常施工。 4.1.6供电应执行矿山企业二类负荷标准，供电能力应满足现场 施工需要。

4.2.1并筒检查钻孔地质报告除应符合现行国家标准《煤矿井巷 工程施丁规范》GB50511的有关规定外，还应符合下列规定： 1井筒检查钻孔地质报告提供的资料应满足地层冻结、并壁 设计的要求，并应具有下列资料： 1）井筒检查钻孔位置，检查钻孔主要施工工艺及主要施工 过程； 2）井筒预想地质柱状图，应包括岩性、层厚、倾角、岩芯采取 率、累计深度、岩层主要特征的描述。根据岩性描述，确 定岩层稳定性分类，岩层稳定性分类应符合本标准附录 A的规定； 3）井筒地质构造及地温； 4）冲积层、基岩中各含水层的特征，应包括含水层理深、层 厚、静止水位、渗透系数、流向、流速、水质、水温；冲积层 与基岩的水力联系，基岩掘进时预计井筒涌水量。 2冲积层、基岩中各隔水层的特征，应包括各隔水层理深、厚 度、隔水效果等。 3在井筒检查钻孔地质资料和邻近冻结井筒施工实践的基 础上，应针对本并简采用冻结法凿并方案做出综合评价。

4冻结并的并筒检查孔应封孔，并应有封孔资料。 4.2.2对井筒附近水源井应进行调查。 4.2.3应提供冲积层主要土层常规土工试验资料及人.T冻土试 验资料：土工试验取样的层位、深度应与冻士物理力学性能试验层 位一致；人工冻土物理力学性能试验应有专项试验报告；以冻结软 弱基岩为主的冻结工程，还应有相应覆层的冻岩试验资料。人工 冻土（岩）物理力学性能试验应符合下列规定： 1冲积层厚度小于250m时，应至少有3个水平的冻土试验 资料；冲积层厚度为250m～400m时，应至少有4个水平的冻土试 验资料；大于400m以上时，应至少有6个水平的冻士试验资料： 试验水平层位应涵盖具代表性的黏性土和砂性土地层，其中应包 括冻结壁设计控制层的试验资料； 2每个试验水平的人工冻士物理力学性能试验项自应符合 表4.2.3中的规定，试验方法应按现行行业标准《人工冻土物理力 学性能试验》MT/T593的有关规定执行；

2.3人工冻土物理力学性能试验

3难以取芯且无法重塑的岩层，可视情况做含水率、冻结温 度、比热容和导热系数试验； 4应提供煤层含水率、冻结温度、比热容和导热系数、一5℃

度、比热容和导热系数试验； 4应提供煤层含水率、冻结温度、比热容和导热系数、一5℃、 10℃、一15℃状态下的单轴抗压强度资料。 4.2.4 其他有关资料应包括下列内容： 矿井设计概况； 1 2 矿井工业场地地形地貌图： 3 矿井工业场地永久、临时设施平面布置图； 4 永久生产性井架或临时凿井井架基础图； 5 井壁结构设计图； 6 矿井工业场地地下管网及文物资料； 1 地区气象及供电供水资料。

矿井设计概况； 2 矿井工业场地地形地貌图： 3 矿井工业场地永久、临时设施平面布置图； 4 永久生产性并架或临时凿井并架基础图； 5 井壁结构设计图： 6 矿井工业场地地下管网及文物资料； 7 地区气象及供电供水资料。

4.3.1地层冻结方案应根据井筒检查孔提供的冲积层深度、土 性、含水层、隔水层、冻土试验报告和基岩含水层、岩性等资料，以 及井筒安全施工需要，选择合理的冻结方案。 4.3.2冲积层以下基岩风化带涌水量大，围岩稳定性差，宜采用 全深冻结方案。

及井筒安全施工需要，选择合理的冻结方案。 4.3.2冲积层以下基岩风化带涌水量大，围岩稳定性差，宜采用 全深冻结方案。 4.3.3冲积层以下基岩风化带厚度较大且围岩稳定性较好，或靠 近风化带下部赋存含水层，或井筒全深内有数层含水层，采用其他 施工.方法难以通过含水层时，宜采用长短管冻结方案，并应符合下 列规定： 1短冻结管应穿过冲积层和强风化带； 2长冻结管应穿过含水层进人不透水稳定基岩； 3穿过马头门、碱室的冻结管应在打钻下冻结管时和在冻结 壁解冻前于掘砌过程中给予封堵处理。

6.5m时，可采用双圈或多圈孔冻结方案。地下水流

东结孔的主辅孔冻结方案。辅孔布置圈直径和深度应根据地质条 件、冻结壁状况及并筒开挖时间、掘砌速度等因素确定。冲积层厚 度较浅，并筒中上部赋存较稳定的、用其他施工方法可通过的地 层，或发生淹井需要恢复施工的井简，宜采用局部冻结方案。

4.4.1井筒冻结深度确定应符合下列规定： 1 井筒冻结深度应穿过冲积层、风化带深至稳定基岩10m 以上； 2 基岩涌水量较大时，经论证后，应延长冻结深度； 3 可借鉴邻近井筒施工经验。 4.4.2 冻结壁厚度计算控制层的确定应符合下列规定： 1冲积层较浅，以砂土层为主的井筒，应选择冲积层底部的 含水层作为控制层； 2冲积层较深，且中下部赋存多层厚黏土层，除选择底部含 水层作为控制层外，还应选择深部黏土层作为控制层。 4.4.3冻结壁径向外荷载应按下式计算：

式中:P 冻结壁径向外荷载（MPa）； H一控制层地板埋深值。

1一般情况下，设计盐水温度可按表4.4.4选取； 地温高于35℃时，盐水温度应适当降低； 3 当土层含盐量过多时，应试验确定盐水温度； 4维持冻结期间盐水温度，应根据冻结壁状况、井帮温度和 温度观测孔温度资料确定； 5盐水的比重应根据设计盐水温度确定，设计盐水温度不低

一35℃时，宜采用氯化钙溶液

表4.4.4 盐水温度选取值（℃）

6全基岩段地层冻结设计盐水温度，可根据表4.4.4 选取值提升3℃~5℃

冲积层段主冻结孔相两孔间距，不应超过表4.4.5的 2 基岩段主冻结孔相邻两孔间距不应大于5.0m

基岩段主冻结孔相邻两孔间距不应大于5.0m

4.5冲积层段主冻结孔相邻两孔

4.4.6在黏土层中，井筒掘进段高内的井帮温度可按表4.4.6

表 4.4.6黏土层并帮温度

4.4.7有效冻结壁平均温度应按表4.4.7选取，设计时！ 验算。

4.4.7有效冻结壁平均温度应按表4.4.7选取，设计时应进行

表4.4.7有效冻结壁平均温度

4.4.8冻结深度、冻结壁厚度计算控制层、盐水温度、主冻结孔相 邻孔间距、井帮温度、冻结壁平均温度等冻结壁设计参数，应根据 井筒检查孔资料、冻土（岩）试验资料以及经验等，经综合分析后 选取。

4.5.1冻结壁厚度解析计算应符合下列规定：

4.5.冻结壁厚度解析计算应符合下列规定： 1应将冻结壁视为具有某一平均温度、由均匀冻土介质组成 各问同性的厚壁圆筒。冻结壁依其所处不同深度和不同土性可视 为弹性体、弹塑性体和黏塑体。 2冻结壁冻土的力学指标应与冻结壁所确定的平均温度相 对应。 3冻结壁厚度计算模型应采用有限长或无限长的厚壁圆筒 模型。 4静力计算应按冻土强度条件和冻结壁变形条件进行冻结 壁厚度计算。 5根据冲积层厚度和土层特性以及井筒掘砌工艺，冻结壁厚 度计算应符合下列规定： 1）当冲积层深度小于120m时，含水砂层、砂性土层的冻结 壁可视为弹性体，宜按冻土强度条件，米用无限长厚壁圆 筒计算公式； 2）当冲积层深度大于120m时，含水砂层、砂性土层的冻结 壁可视为弹塑性体，宜按冻土强度条件，采用无限长厚壁 圆简计算公式； 3）深厚黏土层冻结壁可视为黏塑体，宜分别米用按有限长 极限状态强度条件及变形条件计算。 6冻结壁最小厚度一般不应小于冻结孔开孔间距的80%。 4.5.2无限长弹性体冻结壁厚度应按下式计算：

E=rw X 0 uP

和砂性士；第四强度理论时，中采用/3，适用于中砂 粗砂和砂砾层； a,一一长时强度（MPa)，长时强度取值可按本标准附录 B中 相关公式计算。

相关公式计算。 4.5.3无限长弹塑性体冻结壁厚度应按下式计算：

4.5.3无限长弹塑性体冻结壁厚度应按下式计

E = r[F(P)+G(P)

与所用强度理论有关的系数。第三强度理论时， F一0.29,G=2.30，适用于粉砂、细砂和砂性土层 第四强度理论时，F二0.56，G=1.33.适用于中砂 粗砂和砂砾层。 黏塑性体按强度条件冻结壁厚度应按下式计算：

表 4. 5. 4固定程度系数 L

4.5.5有限长黏塑体按变形条件冻结壁厚度应按下列公式计算

4.5.5有限长黏塑体按变形条件冻结壁厚度应按下列公式计算：

1单圈主冻结孔布置圈直径D，应按下列公式进行计算后 选用其中最大值： 按允许偏斜率：

按基岩段采用钻爆法施工

D = D', + 2(1. 2+Qth。)

式中:D 、D' 冲积层和基岩中井筒最大掘进直径（m）； n 冻结圈内侧冻结壁厚度占冻结壁厚度E的百分 数：当冲积层厚度小于300m时，n采用60%；冲 积层大于300m时，n采用55%； H一7 冲积层厚度（m）；

Q,Q'r~ 冲积层、基岩段的冻结孔允许偏斜率，Q、Q：分 别为 0. 3%、0. 5%; R。一一向并心允许的偏斜半径（m），按表4.4.5选取； h。一一井筒冻结深度（m）。 辅助孔布置圈直径D应按下式计算：

R。一一向井心允许的偏斜半径（m），按表4.4.5选取 ho一一井筒冻结深度（m）。 助孔布置圈直径D应按下式计算：

式中：E,一主孔至井帮距离（m）； H一辅助孔深度(m)。

6.2冻结孔数应按下列规定

1主冻结孔应按下式计算：

D,=D+2(0.3E+QH

式中：L一 冻结孔开孔间距，当冻结深度小于300m时，宜采用 1.00m～1.30m；冻结深度大于300m时，宜采用 1.20m~1.35m。 2辅助冻结孔开孔间距宜小于3.5m。 4.6.3多圈冻结孔布置设计应符合下列规定： 1冻结孔孔间距、冻结圈间距及冻结孔深度控制指标应满足 冻结壁厚度和强度的需要； 2 冻结孔布置应有利于冻结过程控制和井筒掘砌； 3应采取措施控制内部冻胀。

地层冻结开始日期应符合下列条件： 1）制冷站氨、盐水、冷却水系统及供电系统能正常运转，达 到设计要求； 2）制冷站试运转3d～5d后，盐水去路温度正常连续下降 降至冰点之日为井筒地层冻结开始日期。 2 各水平冻结壁交圈时间应根据地层条件、盐水温度、冻结

管直径、主冻结孔相邻最大孔间距等因素估算。 3预测冻结壁发展，应满足安全、连续掘砌需要。 4.7.2单圈主冻结孔冻结壁交圈时间，当盐水温度为一25℃~ 30℃，冻结管直径为127mm～146mm，盐水流量符合设计要求 时,可按表 4. 7. 2 估算,

1.7. 2冻结壁交

1在冻结壁形成期间，冻结壁厚度、平均温度及井帮温度应 达到设计要求； 2深井冻结时，应根据并筒上部冻结壁扩展状况及温度观测 孔温度资料进行分析后，调整深部控制层的冻结时间，保证深部冻 结的厚度、平均温度及井帮温度达到设计要求； 3冻结壁形成时间可按下式估算：

+ (nE)2 2 U

4.7.4冻结壁交圈时间、冻结壁形成时间应根据水文观测

4.8.1水文观测孔布置应符合下列规定：

1冻结段内的主要含水层组均应报导； 2水文观测孔宜布置在并筒中心附近，应避开并筒中心线及 凿井提升位置，且不得偏出井筒净断面： 3各水文观测孔应分散布置： 4水文观测孔应有隔绝管外水力联系措施； 5单孔多层报导时应保证套管和隔板的施工质量； 6水文观测孔内自然水位高于管口时，应接高水文管、管口 至静止水位的距离不应小于2.0m或装压力表封闭管口。 4.8.2温度观测孔布置应符合下列规定： 1温度观测孔宜布置在相邻两个冻结孔孔间距最大的冻结 壁界面上； 2冲积层厚度小于300m时，每并不应少于2个温度观测 孔；冲积层厚度大于300m时，每井不应少于3个温度观测孔；冻 结壁外侧宜布置1个～2个温度观测孔： 3在冻结孔布置圈与荒径之间应至少布置1个温度观测孔； 4温度观测孔宜布置在地下水流的上、下游方向； 5防片帮孔或辅助冻结孔与井帮之间的温度观测孔深度应 大于防片帮孔或辅助冻结孔冻结深度5m以上，其他部位温度观 测孔深度应天于冲积层厚度10m；应至少有1个温度观测孔深度 与冻结深度相匹配； 6温度观测孔偏斜应符合设计要求，测温管焊接与冻结管焊 接要求一致·测温管不得渗漏； 7无法布置水文观测孔的井简，应适当增加温度观测孔数量； 8温度观测孔内宜每隔20m设置1个测温水平GB/T 29345-2012 包装容器 铝易开盖钢制两片罐，水文观测 孔报导层、膨胀性黏土层、冲积层与基岩交界面、煤层、地下水流速 较大的层位等均应设置测点。

9温度观测孔穿越两个及以上含水层且水头高差较大，存在 串水风险时，应制订管外防串水措施。

4.9.1制冷站制冷能力应符

4.9.1制冷站制冷能力应符合下列规定： 1氨，盐水及冷却水三个系统的能力，应在设计规定的时间 内能满足形成冻结壁的冷量需要： 2根据地层温度、岩性、冻结深度及盐水降温设计，冻结器单 位面积吸热负荷应在840kJ/（m²·h）～1050kJ/（m·h）之间； 3地面冷量损失应控制在冻结管总热负荷的15%以内； 4盐水温度、流量及冷却水温度、水量应满足设计要求。 4.9.2 制冷站制冷能力计算应符合下列规定：

式中：Q 制冷站制冷能力（kJ/h）； m一一冷量损失系数，采用1.1~1.15。 2)一个制冷站服务于两个并筒应按下式计算，

Q' = MQ: +Q

式中：Q、Q2——两个井筒所需的冷量（kJ/h）； M 先期冻结井筒冻结壁维持期的冷量供给系数GB/T 31529-2015 数字印刷材料 计算机直接制版(CTP)版材 感光层单位面积质量的测定，采

续表 4. 9. 4

4）氯化钙水溶液应充满循环系统中所有的容器和管路。氯 化钙用量应按下式计算：