地面降水井降水在斜井井筒施工中的应用

地面降水井降水在斜井井筒施工中的应用

乔伟伟

神华宁夏煤业集团有限责任公司双马煤矿银川750408

摘要：本文针对副斜井井筒过含水粉砂层期间，井筒淋水大的突出问题，对井筒淋水防治的方法进行了探讨，提出了简洁有效的治水方法，保证井巷安全施工。

关键词：井筒；含水粉砂层；地面降水井；应用

0引言

双马煤矿是宁东能源化工基地马家滩矿区大型矿井之一，位于灵武市马家滩镇境内。矿井采用斜井开拓，盘区式布置，分煤层组开采。井筒施工期间穿越风积沙层及含水粉砂层，顶板较破碎，易垮落，影响矿井建设工期，给井筒施工带来极大的安全隐患，为此经多方案比较提出了地面降水井降水辅以管棚支护相结合的施工方案，安全并快速的通过了弱胶结含水粉砂层的施工方法。

1.工程概况

双马煤矿采用矿井采用斜井开拓，共布置3条井筒，即主斜井、缓坡副斜井、回风斜井。采用盘区式布置，分4个煤层组开采，在各煤组分别设置运输大巷、辅助运输大巷、回风大巷。缓坡副斜井工程地质及水文地质：风积砂层，层厚较厚，分布均匀、第四系（Q）粉砂、粉土互层，岩性以黄褐～紫红色粉土、粉砂、粉质粘土为主，可塑、饱和、粘手，厚度0～45m，一般20m左右。古近系（E）：岩性以紫红色粘土、砂质粘土，泥质为主，局部夹砂质，与下伏地层呈不整合接触，地层厚度一般100m左右。基岩段以粉砂岩、泥岩、细砂岩、粗砂岩为主。缓坡副斜井于2010年进入暗槽段（第四系）施工，在垂深15m～26m和43m～48m之间分别存在一层含水粉砂层，该层结构松散，承载性和稳定性极差，井筒施工至此层位时井筒两帮及掌子面出现渗水并伴有泥砂流出，井筒淋水大，易造成漏冒顶现象。

2.降水方案选择

井筒穿越含水砂土层期间，井筒拱部淋水较大，两帮及掌子面渗水并伴有泥沙流出，易导致漏冒顶事故的发生，经专家及工程技术人员研究讨论，认为渗水是该层承载力和稳定极差的主要原因，为此提出了两种治水方案。

2.1地面注浆法

注浆法施工需要的技术资料较多，如地层岩性、层位及起始深度、分层厚度及累计深度；裂隙特征；含水层起止深度和厚度，各含水层水力联系情况、水温、化学成分及侵蚀性、渗透系数、涌水量，井筒资料等。施工工艺较复杂，对注浆深度、注浆参数、注浆施工顺序、注浆方式、注浆孔的施工等要求较为严格，工期长，成本高，施工难度大，施工队伍要求高。考虑矿井现有技术及人员条件，综合分析后，确定不宜采用地面注浆法。

2.2地面降水井

井筒施工前，提前30～50天在井筒两侧地面对应位置及工作面前方施工降水井进行降水，待地下水位降低至设计井筒底板标高以下1.5m后，采用正台阶法施工井筒。该方法施工安全系数高，速度快，成本低，效果好。综合分析后确定采用此方法进行地面降水。

3.降水井施工

3.1降水井布置

降水井采用深井井点降水方式。降水井沿井筒两侧对称布置，井间距10m，排距10m，降水井深35～50m，井径Ф700mm，降水井滤管采用内径Ф350mm，外径Ф420mm的无砂水泥滤管，滤料选用Ф3-5mm洁净碎石，每口降水井内安装一台4.5Kw以下小功率水泵进行抽水，当水位降到设计水位标高，并达到稳定状态后立即进行井筒施工。降水井布置如图1所示。

3.2降水井施工

3.2.1施工方法

1.降水井采用反循环钻机泥浆护壁成孔，孔径700mm，垂直度偏差不大于1%，孔深达到设计要求。

2.成孔后清渣换浆，沉渣要求不大于20cm，泥浆密度1.05～1.1。

3.井管采用内径Ф350mm，外径Ф420mm的无砂水泥滤管。采用托盘法沉放井管。

4.回填滤料采用Ф3-5mm洁净碎石，沿井管四周同时均匀填入。

5.洗井采用污水泵洗井法，并在滤料填好后8小时内进行，且一次性清洗完毕。

3.2.2施工流程

井点测量定位→钻机安装→护筒安装→钻孔→吊放井管→回填井管与井壁间砂粒过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→降水井正常抽水。

3.2.3降水检测

为确保降水效果，确保井筒顺利施工，降水井施工完成后，进行一次自然水位检测。抽水开始后，在水位未达到设计水位标高以前，每天观测两次水位。当水位达到设计水位标高后，每天观测一次。降水井施工过程中进行24小时监护，并连续不间断的进行抽水，确保降水的连续性和降水效果。

4井筒施工

4.1开挖方式

当降水深度达到设计水位标高后进行井筒施工。采用矿用防暴装载机出渣，人工配合清底，正台阶法施工。短掘短支作业，循环进度控制在600mm。

4.2巷道支护

沿巷道轮廓线外沿打入Ф48×1800m钢管，间距300mm，进行超前支护。每完成一个循环后，迅速挂网，喷射50mm厚砼，作为临时支护。采用29#“U”型钢拱架进行永久支护，间距600mm，然后进行复喷，总支护厚度为300mm；钢拱架外部铺设砼背板，规格为600×200×50mm，间距600mm。

4.3底板处理

为保证巷道整体稳定性，底板采用片石素混凝土浇筑，安设29#U“型钢”，做反拱处理，反拱深度为800mm，混凝土强度C30。

图1副斜井降水井布置示意图

5.降水效果分析

降水施工从2009年9月20日开始至2009年11月21日结束，共计降水63天，期间共降水9800m3。期间对施工的18口降水井进行水量、水位标高进行检测，同时对井筒内水位进行观测，观测数据见表1。

根据井筒施工地质条件，通过对18口地面降水井观测数据的分析，降水井平均水位降低数值为2.1m，水位标高曲线见图2。根据《双马煤矿副斜井明槽岩土工程勘察报告》资料分析，预计井筒涌水量为20m3/h，

表1降水井水位观测数据一览表

经过降水后，观测井筒施工过程中的涌水量，最大为5m3/h，最小为1.5m3/h，涌水量观测数据见表2，涌水量观测曲线见图3。涌水量减少使得工作面顶板及帮部围岩胶结程度变强，承载能力提高，流沙得到了有效控制，同时减小了涌水对井筒围岩的破坏，利于井筒施工。对不良地质作用的防治提供了参考依据，节约了资金，降低了巷道成本，提高施工效率，降低了劳动强度，加快施工进度。

图2水位观测曲线

6.结语

副斜井穿越含水层粉砂岩层期间，顶板极易出现因淋水较大造成巷道顶板冒顶。通过在地面施工降水井，减少巷道淋水，使流沙得以有效控制，增加了围岩稳定性，为井筒快速安全的通过含水层粉砂岩提供了保障。为矿井后期施工提供了参考依据，对软岩条件下巷道施工提供借鉴和指导意义。

表2井筒涌水量观测数据一览表

图3涌水量观测曲线

参考文献：

[1]吴浩.管棚-箱涵工法中管棚合理间距分析[J].地下空间与工程学报.2008，4（5）：927-931.

[2]林鸿苞，江新春，姚飞建.山东巨野矿区郭屯矿井特厚深表土复杂地层井筒施工方法的选择[A].全国矿山建设学术会议论文选集（上册）[C]，2004年.

[3]施成华，彭立敏，刘宝琛.浅埋隧道开挖对地表建筑物的影响[J].岩石力学与工程学报，2004，23（19）：3310-3316

[4]卜连营，李伍.流沙层置换注浆施工技术[J].现代矿业，2011，27（9）：70-71.

[5]陈金山，张世轶.流沙层置换注浆施工技术[J].山西煤炭，2012，32（2）：71-73.

[6]刘福春.松软岩层巷道施工和冒顶的处理方法[J].西部探矿工程，2002，14（5）：69-70.

[7]刘英杰，李成涛.斜井穿越流砂层施工[J].建井技术.2006，27（4）：2-4.

作者简介：

乔伟伟（1985—），男，宝鸡陇县人，汉族，助理工程师，本科，主任工程师。