巴彥高勒井田位于呼吉爾特勘查區的南部，向西南距烏審旗政府所在地達布察克鎮約12km，行政區劃屬鄂爾多斯市烏審旗呼吉爾特鄉和圖克鎮管轄。巴彥高勒礦井的設計生產能力為4.00--10.00Mt/a。工程地質特點為主立井表土厚109.17m;巖層均為軟巖，強度低，不穩定～弱穩定;巖層在無水條件下自穩性較好、強度較高，但遇水易軟化甚至溶解、強度亦會大幅度降低;水文地質特點為含水層的富水性弱。由于沒有較好的隔水層，所以與上、下部含水層均有一定的水力聯系。

　　一、設計原則、思路與凍結深度

　　設計原則要求方案安全可靠、工期科學合理，能確保本工程達到煤礦井巷工程優良質量標準。針對本工程的特殊性，做到技術可靠，經濟合理，可控性好、可操作性強、關鍵點清晰、預防及應急措施齊全可靠。

　　凍結壁厚度及強度的大小，直接影響井筒掘砌的安全，同時也是其他凍結參數設計的基礎。結合本工程的特點，凍結壁的設計采用解析計算與工程施工類比相結合的方法綜合確定。凍結孔布置設計 以滿足凍結壁設計的溫度場要求和力學模型要求為原則，并結合工期、工藝要求及該地區立井(尤其是姆杜柴登礦井)凍結施工經驗和教訓布置凍結孔。

　　凍結深度設計井筒全深凍結，凍深596m。

　　二、凍結壁設計

　　1、凍結壁厚度設計

　　主立井井筒設計凈直徑Ф8.2m，最大掘進荒直徑12.8m;積極凍結期鹽水溫度： ty=-28～-30℃;設計控制層凍結壁平均溫度：-8℃。

　　2、凍結壁厚度設計計算公式的選擇

　　不同的設計理念會選擇不同的計算公式，而不同的計算公式所計算出的結果相差較大。合理的計算公式決定凍結壁厚度是否是安全和經濟的有機統一。確定選用維亞洛夫——扎列茨基公式(有限長極限強度理論公式)計算凍結壁厚度。

　　3、凍結壁設計控制層位的選擇

　　該井凍結應主要以封水為主，故以最底部含水層位置為控制層為，即主立井以582.1m粗粒砂巖作為凍結壁設計控制層。

　　4、凍結壁圍壓P的確定

　　根據巖土力學理論及國外凍結設計經驗，凍結壁圍壓應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。

　　根據經驗，摩擦系數f取值為：礫巖、粗粒砂巖、中粒砂巖、細粒砂巖采用0.4，粉砂巖、泥巖采用0.3。計算結果主立井：P=1.0×5.821+(1.45×5.821)×0.4=9.20Mpa

　　5、掘砌段高h的確定

　　較大一些段高有利于提高掘進速度，但亦非越大越好。對本工程而言，掘進段高在3.5m～3.8m較為合適,因此這里選取h=3.5m進行凍結壁厚度的計算。

　　6、凍結壁平均強度的選取

　　地層被凍結-8℃條件下其強度一般大于其天然強度，與飽和抗壓強度相比，這里取其凍結-8℃時強度提高系數為1.6。

　　凍結控制層位為細粒砂巖，其飽和單軸抗壓強度4.95～24.35Mpa，平均15.28Mpa，取其最小值4.95Mpa，則-8℃時其抗壓強度為4.95×1.6=7.92MPa。安全系數取1.4，7.92÷1.4=5.7MPa

　　7、固約系數的確定

　　當一端固定、另一端不固定時ξ=0;兩端都固定時ξ=0.5。這里選取ξ=0.3。

　　根據計算結果，綜合考慮井筒開挖荒徑的大小，開挖前凍結時間要求及開挖速度要求，并結合我公司多年來的施工經驗，確定凍結壁厚度E主=4.5m。

　　三、凍結孔設計

　　1、凍結孔布置圈直徑

　　影響凍結孔布置圈直徑設計的幾個因素：井筒掘進至設計控制層位時，該水平凍結壁外側有效厚度不小于2.5m;鉆孔偏斜同時采用靶域和內偏值控制，鉆孔靶域半徑≤1.2m;內偏值≤0.7m;大段高鉆爆法施工時，應有足夠的放炮安全距離。綜合以上因素確定：D主 =17.6m。

　　2、凍結孔布置

　　主立井開孔間距取1.49m，開孔個數37個;深度596m。

　　3、防片幫孔布置

　　依據姆杜柴登礦井主、副、風三井凍結施工經驗，為了保證井筒順利提前開挖，特布置上部防片幫孔。

　　4、鉆孔質量控制

　　凍結鉆孔偏斜：防片幫孔，內外偏值≤0.3m;主排孔，鉆孔靶域半徑≤1.2m，內偏值≤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、凍結時間估算

　　凍結壁交圈冒水時間估算及開挖前凍結時間的確定。設計水文孔報導范圍的最大相臨孔間距2.2m，含水層凍結發展速度25mm/d。則水文孔冒水時間為：t0=2.2÷(0.025×2)=44d。

　　根據冒水前凍結時間、相關規范的要求，確定井筒開挖前凍結時間為：T1 =50d;井筒開挖后凍結時間T2=187d。