巴彥高勒井田位于呼吉爾特勘查區(qū)的南部，向西南距烏審旗政府所在地達(dá)布察克鎮(zhèn)約12km，行政區(qū)劃屬鄂爾多斯市烏審旗呼吉爾特鄉(xiāng)和圖克鎮(zhèn)管轄。巴彥高勒礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4.00--10.00Mt/a。工程地質(zhì)特點(diǎn)為主立井表土厚109.17m;巖層均為軟巖，強(qiáng)度低，不穩(wěn)定～弱穩(wěn)定;巖層在無(wú)水條件下自穩(wěn)性較好、強(qiáng)度較高，但遇水易軟化甚至溶解、強(qiáng)度亦會(huì)大幅度降低;水文地質(zhì)特點(diǎn)為含水層的富水性弱。由于沒(méi)有較好的隔水層，所以與上、下部含水層均有一定的水力聯(lián)系。

　　一、設(shè)計(jì)原則、思路與凍結(jié)深度

　　設(shè)計(jì)原則要求方案安全可靠、工期科學(xué)合理，能確保本工程達(dá)到煤礦井巷工程優(yōu)良質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)本工程的特殊性，做到技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，可控性好、可操作性強(qiáng)、關(guān)鍵點(diǎn)清晰、預(yù)防及應(yīng)急措施齊全可靠。

　　凍結(jié)壁厚度及強(qiáng)度的大小，直接影響井筒掘砌的安全，同時(shí)也是其他凍結(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。結(jié)合本工程的特點(diǎn)，凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)采用解析計(jì)算與工程施工類比相結(jié)合的方法綜合確定。凍結(jié)孔布置設(shè)計(jì) 以滿足凍結(jié)壁設(shè)計(jì)的溫度場(chǎng)要求和力學(xué)模型要求為原則，并結(jié)合工期、工藝要求及該地區(qū)立井(尤其是姆杜柴登礦井)凍結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)布置凍結(jié)孔。

　　凍結(jié)深度設(shè)計(jì)井筒全深凍結(jié)，凍深596m。

　　二、凍結(jié)壁設(shè)計(jì)

　　1、凍結(jié)壁厚度設(shè)計(jì)

　　主立井井筒設(shè)計(jì)凈直徑Ф8.2m，最大掘進(jìn)荒直徑12.8m;積極凍結(jié)期鹽水溫度： ty=-28～-30℃;設(shè)計(jì)控制層凍結(jié)壁平均溫度：-8℃。

　　2、凍結(jié)壁厚度設(shè)計(jì)計(jì)算公式的選擇

　　不同的設(shè)計(jì)理念會(huì)選擇不同的計(jì)算公式，而不同的計(jì)算公式所計(jì)算出的結(jié)果相差較大。合理的計(jì)算公式?jīng)Q定凍結(jié)壁厚度是否是安全和經(jīng)濟(jì)的有機(jī)統(tǒng)一。確定選用維亞洛夫——扎列茨基公式(有限長(zhǎng)極限強(qiáng)度理論公式)計(jì)算凍結(jié)壁厚度。

　　3、凍結(jié)壁設(shè)計(jì)控制層位的選擇

　　該井凍結(jié)應(yīng)主要以封水為主，故以最底部含水層位置為控制層為，即主立井以582.1m粗粒砂巖作為凍結(jié)壁設(shè)計(jì)控制層。

　　4、凍結(jié)壁圍壓P的確定

　　根據(jù)巖土力學(xué)理論及國(guó)外凍結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，凍結(jié)壁圍壓應(yīng)由水和懸浮土壓兩部分組成。巖層的平均天然容重<2.5g/cm3，取其平均濕容重2.6 g/cm3。主立井控制層底板深582.1m左右。

　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，摩擦系數(shù)f取值為：礫巖、粗粒砂巖、中粒砂巖、細(xì)粒砂巖采用0.4，粉砂巖、泥巖采用0.3。計(jì)算結(jié)果主立井：P=1.0×5.821+(1.45×5.821)×0.4=9.20Mpa

　　5、掘砌段高h(yuǎn)的確定

　　較大一些段高有利于提高掘進(jìn)速度，但亦非越大越好。對(duì)本工程而言，掘進(jìn)段高在3.5m～3.8m較為合適,因此這里選取h=3.5m進(jìn)行凍結(jié)壁厚度的計(jì)算。

　　6、凍結(jié)壁平均強(qiáng)度的選取

　　地層被凍結(jié)-8℃條件下其強(qiáng)度一般大于其天然強(qiáng)度，與飽和抗壓強(qiáng)度相比，這里取其凍結(jié)-8℃時(shí)強(qiáng)度提高系數(shù)為1.6。

　　凍結(jié)控制層位為細(xì)粒砂巖，其飽和單軸抗壓強(qiáng)度4.95～24.35Mpa，平均15.28Mpa，取其最小值4.95Mpa，則-8℃時(shí)其抗壓強(qiáng)度為4.95×1.6=7.92MPa。安全系數(shù)取1.4，7.92÷1.4=5.7MPa

　　7、固約系數(shù)的確定

　　當(dāng)一端固定、另一端不固定時(shí)ξ=0;兩端都固定時(shí)ξ=0.5。這里選取ξ=0.3。

　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，綜合考慮井筒開(kāi)挖荒徑的大小，開(kāi)挖前凍結(jié)時(shí)間要求及開(kāi)挖速度要求，并結(jié)合我公司多年來(lái)的施工經(jīng)驗(yàn)，確定凍結(jié)壁厚度E主=4.5m。

　　三、凍結(jié)孔設(shè)計(jì)

　　1、凍結(jié)孔布置圈直徑

　　影響凍結(jié)孔布置圈直徑設(shè)計(jì)的幾個(gè)因素：井筒掘進(jìn)至設(shè)計(jì)控制層位時(shí)，該水平凍結(jié)壁外側(cè)有效厚度不小于2.5m;鉆孔偏斜同時(shí)采用靶域和內(nèi)偏值控制，鉆孔靶域半徑≤1.2m;內(nèi)偏值≤0.7m;大段高鉆爆法施工時(shí)，應(yīng)有足夠的放炮安全距離。綜合以上因素確定：D主 =17.6m。

　　2、凍結(jié)孔布置

　　主立井開(kāi)孔間距取1.49m，開(kāi)孔個(gè)數(shù)37個(gè);深度596m。

　　3、防片幫孔布置

　　依據(jù)姆杜柴登礦井主、副、風(fēng)三井凍結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，為了保證井筒順利提前開(kāi)挖，特布置上部防片幫孔。

　　4、鉆孔質(zhì)量控制

　　凍結(jié)鉆孔偏斜：防片幫孔，內(nèi)外偏值≤0.3m;主排孔，鉆孔靶域半徑≤1.2m，內(nèi)偏值≤0.7m;0～200m最大相鄰孔間距≤2.2m，200～400m最大相鄰孔間距≤3.2m，400～596m最大相鄰孔間距≤3.5m。

　　四、凍結(jié)時(shí)間估算

　　凍結(jié)壁交圈冒水時(shí)間估算及開(kāi)挖前凍結(jié)時(shí)間的確定。設(shè)計(jì)水文孔報(bào)導(dǎo)范圍的最大相臨孔間距2.2m，含水層凍結(jié)發(fā)展速度25mm/d。則水文孔冒水時(shí)間為：t0=2.2÷(0.025×2)=44d。

　　根據(jù)冒水前凍結(jié)時(shí)間、相關(guān)規(guī)范的要求，確定井筒開(kāi)挖前凍結(jié)時(shí)間為：T1 =50d;井筒開(kāi)挖后凍結(jié)時(shí)間T2=187d。