立井穿過富含水采空區(qū)施工技術(shù)

魏忠誠(chéng)

1 工程概況

1.1 井筒設(shè)計(jì)概況

和成煤礦采用立井單水平上下山開拓。副井井筒平面坐標(biāo)X=3 826 070.000;Y=38 461 100.00;Z=+204.5。井筒設(shè)計(jì)深度509.5 m。凈直徑φ=6.0 m，凈斷面積 S凈=28.3 m2。表土及風(fēng)化帶段:井深70.5 m(包括鋼筋混凝土壁座一個(gè))，井壁厚度550 mm，掘進(jìn)斷面 S掘=39.6 m2，素混凝土強(qiáng)度等級(jí) C30。基巖段:井壁厚度450 mm，掘進(jìn)斷面37.4 m2，素混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。

1.2 水文地質(zhì)概況

根據(jù)副井檢查孔提供地層及采空區(qū)資料。在主井檢查孔中對(duì)第四系、新近系、二疊系上石盒子組上部風(fēng)化帶進(jìn)行了混合抽水試驗(yàn)，富水性弱，具有弱承壓性。二疊系上統(tǒng)上石盒子組砂巖含水層抽水試驗(yàn)，在七4煤上部，巖心破碎，孔內(nèi)曾發(fā)生大量漏水(為七4煤采空區(qū))。按照七4煤采區(qū)布置圖計(jì)算，水量達(dá)到60萬(wàn)m3。

2 施工方案的確定

從井筒檢查孔提供的資料看，采空區(qū)已經(jīng)塌落。按照巖層開裂的程度，導(dǎo)水裂縫帶又可分為4個(gè)區(qū)，即冒落性破壞區(qū)、嚴(yán)重開裂區(qū)、一般開裂區(qū)和微小開裂區(qū)。

和成煤礦采空區(qū)覆巖大部分為泥巖，根據(jù)檢查鉆孔揭露的覆巖情況和實(shí)際需求，為施工安全，將覆巖破壞高度定為49.67 m。

1)方案確定。采取先注漿封水后短段掘砌;工作面預(yù)注漿與預(yù)留巖帽注漿相結(jié)合方式;預(yù)注漿將冒落區(qū)和采空區(qū)大的裂隙進(jìn)行充填，預(yù)留巖帽則將工作面細(xì)小的裂隙第二次充填。2)優(yōu)化設(shè)計(jì)。原設(shè)計(jì)井壁厚度0.45 m，C30素混凝土，滿足不了要求;經(jīng)過論證，優(yōu)化為雙層復(fù)合井壁(內(nèi)層為單層鋼筋混凝土)，強(qiáng)度C35。

3 施工技術(shù)

3.1 注漿設(shè)計(jì)

1)注漿鉆孔的布置參數(shù)。a.注漿孔數(shù)。注漿孔的孔數(shù)按下式計(jì)算:N=π(D-2A)/L。計(jì)算得 N=8.3，取 8個(gè)(見圖 1)。b.徑向傾角 。α=tg-1(S+A)/H 。計(jì)算得:α=5°。

2)復(fù)合型止?jié){墊。a.混凝土止?jié){墊厚度計(jì)算:根據(jù)平底型止?jié){墊公式:Bn=P0r/[σ]。計(jì)算得混凝土止?jié){墊厚度 Bn=0.82 m～1.02 m，止?jié){墊厚度取1.5 m(見圖2)。b.設(shè)濾水層。止?jié){墊混凝土施工前需鋪設(shè)碎石濾水層，以便在維持排水條件下砌筑混凝土，保證止?jié){墊混凝土施工質(zhì)量。濾水層厚度計(jì)算:A=tq/3.14βr2+0.25。計(jì)算得A=0.8 m。濾水層內(nèi)埋設(shè)一個(gè)鋼板加工的濾水桶，濾水桶尺寸為直徑0.55 m，周圈鉆出10 mm～20 mm的濾水孔，頂部焊接一個(gè)特殊加工的法蘭盤，桶蓋上安裝一個(gè)φ 108 mm，10 kg以上的高壓閘閥。

3)埋設(shè)孔口管。先將矸石面找平，開始按照設(shè)計(jì)位置布置孔口管，并固定牢固，然后按設(shè)計(jì)敷設(shè)0.8 m厚的碎石濾水層，止?jié){墊混凝土澆灌7 d后，掃掉孔口管內(nèi)水泥砂漿并試壓1.5倍靜水壓力，不漏即為合格，否則，注雙液漿加固孔口管直至合格為止。

4)墊混凝土澆筑。為防止止?jié){墊混凝土與井壁間漏水露漿，要求止?jié){墊與井壁重疊0.7 m，且在重疊段將井壁周圈用風(fēng)鎬鑿成麻面。止?jié){墊澆灌混凝土之前，先在碎石面上均勻鋪設(shè)一層紅磚，在紅磚上面鋪兩層風(fēng)筒布，止?jié){墊混凝土就直接澆灌在風(fēng)筒布上面。同時(shí)將散水集中在濾水桶內(nèi)，防止稀釋混凝土。混凝土澆筑，采用井筒施工的地面混凝土配制，經(jīng)混凝土輸料管澆筑。澆筑要連續(xù)施工，加強(qiáng)振搗，加NC-4混凝土早強(qiáng)減水劑，摻量為水泥重量的4%。

5)墊濾水層注漿。混凝土止?jié){墊養(yǎng)護(hù)7 d，開始對(duì)碎石濾水層和矸石層注單液水泥漿，即采用注漿泵通過孔口管或φ 50 mm無縫鋼管對(duì)濾水層注漿，注漿壓力為3 MPa。

6)巖帽加固、試壓。碎石濾水層注漿結(jié)束后，采用潛孔鉆機(jī)將注漿鉆孔鉆進(jìn)超出注漿孔口管底口0.5 m，然后注單液水泥漿加固，直至注漿壓力達(dá)到2倍靜水壓力。

7)注漿孔的施工。注漿孔采用一臺(tái)KQJ-100B型潛孔鉆機(jī)，配φ 50 mm 鉆桿、90 mm沖擊鉆頭施工，鉆孔孔徑90 mm，用清水作循環(huán)液。在打鉆進(jìn)入含水層之前，要在注漿孔口管上安設(shè)φ 100 mm高壓球閥，以防鉆孔時(shí)含水層突水造成淹井事故。

3.2 井筒掘砌

3.2.1 外壁施工

1)打探眼:a.使用5 m長(zhǎng)釬子桿打眼，無水后掘進(jìn) 2 m;b.井深70 m～80 m打3個(gè)探眼;井深80 m～90 m打至少4個(gè)探眼。2)掘鑿時(shí)，盡量采用風(fēng)鎬破巖。當(dāng)風(fēng)鎬挖不動(dòng)的情況下可采用放震動(dòng)炮:a.炮眼深度1.1 m。b.放震動(dòng)炮時(shí)一次裝藥量不準(zhǔn)超過12 kg。3)下掘段高的確定:a.井深70 m～80 m，一次完成。b.井深78 m～91 m，外壁掘砌采用段高1.0 m。c.井深91 m～92 m，內(nèi)外壁連成一體，自下而上套內(nèi)壁。4)砌壁:采用金屬組合式模板，一節(jié)21塊，每塊之間使用φ 18螺栓連接。澆筑混凝土?xí)r，采用對(duì)稱式澆筑，防止模板移動(dòng)，一次澆筑混凝土厚度不超過200 mm。同時(shí)使用電動(dòng)振動(dòng)棒振搗，增加混凝土的和易性和密實(shí)性，保證混凝土的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量。

3.2.2 內(nèi)壁施工

1)綁扎鋼筋。將豎筋和環(huán)筋均加工成4.5 m長(zhǎng)，環(huán)筋按照設(shè)計(jì)圓弧加工，豎筋和環(huán)筋采用搭接方式綁扎，搭接長(zhǎng)度35d。第一節(jié)鋼筋底部豎筋預(yù)留搭接長(zhǎng)度。

2)模板施工工藝。使用井筒模板作內(nèi)壁模板使用，段高為3 800 mm，混凝土澆筑一節(jié)后停止，將模板提起，邊提邊綁扎鋼筋。依次循環(huán)將內(nèi)壁施工完。

3)混凝土施工。按照實(shí)驗(yàn)室提供的C35混凝土配合比進(jìn)行配制，嚴(yán)格控制水灰比。保證模板提起后混凝土不能發(fā)生變形。采取分層對(duì)稱澆筑，每層厚度300 mm，并設(shè)專人用振動(dòng)棒進(jìn)行振搗。澆筑工作不需很快，但必須保證連續(xù)澆筑。

4 井壁監(jiān)測(cè)

1)由于采空區(qū)覆巖破碎帶的特殊性，外井壁與破碎帶間的摩擦力很小，為防止施工過程中井筒出現(xiàn)裂縫或滑落，在破碎帶以上井筒中埋設(shè)拉應(yīng)力計(jì)，用來檢測(cè)施工中井筒應(yīng)力、應(yīng)變情況。2)在采空區(qū)覆巖破碎帶中含有一層砂巖，其上下方泥巖的破碎程度、力學(xué)性質(zhì)可能不同。因此在泥巖與采空區(qū)位置的井筒中分別埋設(shè)一層檢測(cè)儀器，可以比較全面的了解井筒應(yīng)力、應(yīng)變發(fā)展規(guī)律。3)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在井筒內(nèi)每個(gè)測(cè)試水平上安裝專門制作的電纜接線盒，應(yīng)變計(jì)與壓力盒用 HR 10×1型電纜與KVV22-24×1型電纜相聯(lián)結(jié)，再將3個(gè)監(jiān)測(cè)水平的3組KVV22-24×1型電纜引到井筒梯子間后匯集到SS-Ⅱ型臺(tái)式數(shù)字鋼弦頻率接收儀，然后通過人工讀取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。4)壓力傳感器布置:每一測(cè)層埋設(shè)8個(gè)壓力傳感器，沿井筒斷面均勻布置。

5 施工效果及體會(huì)

隨著煤礦建設(shè)的發(fā)展，立井穿過采空區(qū)設(shè)計(jì)很多，施工方法多種多樣，本文介紹的采取注漿加固方案比較可行，工藝簡(jiǎn)單，便于操作。配合井壁壓力檢測(cè)手段，確保井筒安全。

2005年9月施工完，經(jīng)過多年生產(chǎn)使用，質(zhì)量好，鋼筋混凝土井壁沒有發(fā)生開裂，透水滲水現(xiàn)象。

[1] 吁 磊，蔡官民，鄒循華.淺析地下工程防水綜合技術(shù)[J].山西建筑，2008，34(18):133-134.