表07 冻土单轴瞬时抗压强度
试验温度 地层土性 深度（m） 分组 单轴平均值强度MPa MPa 强度MPa 2.75 1.73 2.88 3.14 6.04 3.30 6.45 5.13 3.64 2.20 3.59 2.77 2.75 1.66 2.69 3.05 1.95 1.66 2.16 2.30 2.02 1.78 2.35 2.29 2.58 1.84 2.40 2.76 2.58 2.22 2.14 2.83 3.33 5.87 2.92 MPa -5℃ -10℃ 单轴平均值强度MPa 4.13 4.25 4.01 8.31 8.46 8.40 4.49 4.24 4.94 3.71 3.53 3.35 3.55 3.26 3.42 4.27 4.33 4.39 3.81 3.70 3.69 3.73 4.33 3.41 3.53 4.55 8.39 4.13 MPa -15℃ 单轴平均值强度MPa 6.13 5.71 6.40 9.96 9.08 9.91 5.42 5.93 5.23 4.30 4.69 3.90 4.54 4.38 4.43 6.63 6.39 6.14 4.11 4.08 4.88 4.36 6.39 4.45 4.29 5.53 9.65 6.08 MPa 单轴平均值-20℃ 204.00～1 粘土 1.54 1.79 1.85 3.13 3.46 3.30 2.20 2.08 2.32 1.44 1.75 1.80 1.67 1.69 1.61 1.74 1.72 1.89 1.81 1.68 2.03 215.90 粉细2 砂 215.90～228.30 246.60～3 粘土 260.00 331.10～4 粘土 348.50 砂质5 粘土 349.95～356.00 381.20～389.40 390.30～砂质6 粘土 7 粘土 417.60
6 1.4 地层特点
? 粘土层埋藏深且连续厚度大，主井317.6～420.35m(厚102.75m),副井322.03～403.9m(厚81.87m)；
? 整体来看冻土单轴抗压强度值偏小，尤其是下部粘土地层；
? 从应力－应变关系曲线可以看出：破坏应变大多在8％以内，因此，冻土的破坏应变小；
? 粘土地层的冻结温度偏高，下部粘土层约在-1.5～-3.0℃之间，尤是331～348m粘土地层（第四组样品），样品冻结温度为-3.0℃；
7 第二章 冻结技术方案
2.1 设计目的
? 设计的冻结壁厚度和强度满足井筒安全掘砌施工的要求，井筒掘砌中不发生因冻结壁原因引起的人员和工程质量事故。
? 设计应确保基岩段封水及冻结岩帽的形成
? 根据国内外及本公司深厚表土冻结井施工经验，以满足冻结壁强度，防止冻结壁变形及冻结管断裂为目的，选择合理的施工方案及施工参数。
? 以施工安全为前提，减少工程量、提高工程效率、降低工程造价，达到安全、快速、高效的施工目的。
2.2 冻结方式
根据目前国内同类型矿井冻结方式并结合霄云矿井主、副井实际情况，确定主、副井均采用主圈孔、辅助孔加防片孔冻结方案。
2.3 冻结深度
根据业主要求，主、副井冻结深度均为470m（业主要求）。 2.4 冻结壁设计 2.4.1冻结壁设计原则
按两种极限状态设计，一是冻结壁的极限承载能力；二是冻结壁极限允许变形状态。前者对砂层较合适，因为砂层冻结壁具有脆性断裂的特性，因此其承载能力必须得到满足，否则可能出水冒砂。后者适用于深厚粘土层，因为对于粘土层冻结壁厚度及强度必须满足变形条件，防止出现过大变形而导致冻结管断裂，盐水漏失融化冻结壁，危及井筒安全。
2.4.2 基本设计计算参数
① 冻结壁内半径：主井R主=4.1m、副井R副=4.43；
② 地压值（采用水土悬浮公式）：P=0.013H（MPa），为安全期间控制层深度H均取最大表土深度，即主井420.35m、副井403.9m；
③ 冻结壁平均温度（控制层）：根据目前国内已施工同类型深厚表土冻结井实际
8 冻结情况，取控制层冻结壁平均温度：主井Tc主=-15℃、副井Tc副=-15℃；
④ 冻土抗压强度：根据手册单轴抗压强度选取；
⑤ 冻土发展速度：参照附近梁宝寺矿井、金桥矿井、花园矿井实际冻土发展速度，选取霄云主、副井控制层冻土发展速度砂层向内20mmd、向外15mmd，粘土层向内16mmd、向外13mmd。
⑥ 井帮温度（控制层）：砂层Tn=-11～13℃；粘土层Tn=-10～-12℃ ⑦ 盐水温度：Tb=-30～-33℃； ⑧ 冲积层最大孔间距：L≤2.5m。 ⑨ 强度安全系数，k=2～2.5；
⑩ 掘砌段高，从保证安全和方便施工两方面考虑，控制层暴露段高300m以下取h=2.0～2.5m；
⑴ 工作面冻结状态系数；η=√3（工作面未冻结时）～√32（工作面冻实时）；设计取主井η=1.3、η=1.5；
2.4.3 冻结壁厚度
由于目前国内外对400m以下深厚表土冻结井冻结壁厚度设计没有较为成熟的计算理论，设计采用两种方法计算冻结壁厚度：一是通过现有计算公式计算；二是采用类比法，与国内外已施工的深厚表土冻结井比较，综合确定冻结壁厚度。
? 现有计算公式计算冻结壁厚度
多姆克公式：E=Ra[0.29（Pσs）+2.3（Pσs）2] 维亚若夫—扎列茨基有限段高公式：E=ηPh σs 里别尔曼公式：E=KγHh σs
《煤炭冻结法凿井技术规程》中的强度公式：E＝【k√3（1－ξ）Ph】σs 国内数理统计公式：E=0.04RaH0.61
9 表08 冻结壁厚度计算结果表
序号 1 2 3 4 5
? 表09 国内同类型深厚表土冻结井冻结壁厚度比较表
井筒净矿井名称 径（m） 径（m） 度（m） 度（m） 温度（℃） 主井 金桥 副井 梁宝寺 陈四楼 济西 副井 元氏 副井 主井 涡北 副井 主井 花园 副井 主井 李堂 副井 5.0 8.15 430.03 470 -15 6.6 未开工 5.0 5.0 8.65 8.15 476.8 427.42 512 467 -20 -15 8.7 6.6 正在施工 未开工 6.5 4.5 10.1 8.15 410.5 476.8 470 512 -12 -20 7.0 8.3 正在施工 5.0 6.0 5.0 8.0 8.8 8.2 458.7 360.7 413.9 488 410 476 -14 -10 -12 7.6 5.8 6.8 主井 副井 主井 副井 主井 5.0 5.0 6.5 5.0 6.5 4.5 8.2 7.9 10.1 7.6 9.8 7.3 383.1 370.9 371.6 369 373 457.78 412 461 461 435 435 488 -12 -12 -12 -10 -10 -14 6.66 5.7 6.7 5.3 6.3 7.5 120 70 72 150 180 4.5 7.5 376.4 412 -12 度（m） 6.06 挖天数（d） 90 掘砌荒表土深冻结深冻结壁平均冻结壁厚开机至开计算公式 多姆克公式 维亚若夫公式 里别尔曼公式 冻结法凿井技术规程 国内数理统计公式 单位 m m m m m 主井 6.02 6.0 6.7 6.6 6.53 副井 6.2 6.65 7.1 6.91 7.02 备注 取手册强度,
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