經(jīng)坊煤礦回風(fēng)立井過(guò)流砂層的施工技術(shù)

文/馮 寧

經(jīng)坊煤礦回風(fēng)立井過(guò)流砂層的施工技術(shù)

文/馮 寧

流砂是一種小顆粒混合沙體，粒徑小、可壓縮性低，流砂層多為接近于流體狀態(tài)的砂粒土，在某特定壓力下具有自流動(dòng)性。流砂層的存在對(duì)井筒安全施工具有重大威脅。以往井筒穿過(guò)流砂層多采用凍結(jié)法或沉井法施工，但工序復(fù)雜，準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，且費(fèi)用較高。山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司北翼風(fēng)井在過(guò)第四系流砂層施工中，采用井筒壁后注漿堵水、超前小井排水、雙層井壁與板樁超前支護(hù)相結(jié)合的施工方法，安全通過(guò)了3.29m富水流砂層，保證井筒施工的正常進(jìn)行，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)相似立井過(guò)短段流砂層具有很好的借鑒作用。本文對(duì)經(jīng)坊煤礦回風(fēng)立井過(guò)流砂層的施工技術(shù)進(jìn)行了闡述。

一、工程概況

經(jīng)坊煤礦北翼回風(fēng)立井位于長(zhǎng)治縣北呈村東北側(cè)，井筒凈徑6m，掘進(jìn)斷面為7.2m；表土段采用鋼筋混凝土澆筑，混凝土壁厚600mm，雙層鋼筋加強(qiáng)支護(hù)；環(huán)鋼筋直徑為20mm，豎鋼筋直徑為18mm，鋼筋內(nèi)保護(hù)層厚度80mm，外保護(hù)層厚度70mm，混凝土強(qiáng)度為C35；基巖段采用混凝土砌碹支護(hù)，厚度400mm。井筒施工至-24.5m處，揭露地質(zhì)情況為粉砂，厚度為3.26m，表土段施工過(guò)程中，井壁出現(xiàn)片幫，涌水量高達(dá)12.8m3/h，采用超前注漿堵水效果不佳，漿液停滯在松散層與流沙層交界面便停滯不前,不能深入固結(jié)流砂層。

經(jīng)多方論證研究，根據(jù)經(jīng)坊煤礦北翼回風(fēng)立井第四系地層涌水量大，但厚度小（3.26m）的特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行的角度考慮，采用井筒壁后注漿堵水，超前小井加大排水，雙層井壁與板樁超前支護(hù)相結(jié)合的綜合施工方案，成功穿過(guò)流砂層，以保證項(xiàng)目施工的正常進(jìn)行。

二、施工技術(shù)方案

1．上行式分段對(duì)稱壁后注漿

因井筒涌水量過(guò)大，須先對(duì)井筒進(jìn)行壁后注漿堵水，降低涌水量，為安全施工流砂層創(chuàng)造條件。經(jīng)坊煤礦采用“上行式分段對(duì)稱壁后注漿”的作業(yè)方式從井筒-23.5m處開(kāi)始由下向上進(jìn)行壁后充填注漿和井壁接茬縫封堵，壁后注漿采用以水泥單液漿為主，水泥-水玻璃雙液漿相結(jié)合的注漿方式，單液漿水灰比1∶1，雙液漿配合比為1∶0.5。水泥選用P.O42.5R水泥，水玻璃選用液體硅酸鈉型。注漿孔深度以穿透井壁為宜，打孔完畢后埋設(shè)Φ32mm的注漿管，注漿管安好閥門(mén)及混合器后連接輸漿管路系統(tǒng)，進(jìn)行注漿，當(dāng)注漿孔不再吸漿且注漿壓力達(dá)到4MPa，可結(jié)束注漿。

2．超前小井排水

井筒掘至距離流砂層3m時(shí)，在圈徑上均勻布置6個(gè)探孔，以探明流砂層的具體位置和涌水大小。在掘進(jìn)工作面中央挖掘1個(gè)直徑1.5m、深1.4m的超前疏水小井，超前小井內(nèi)安置濾水桶,壓入沙中,保持桶頂高出沙面300mm,并隨掘進(jìn)下落,移入備用大泵,專人維護(hù)排水,使桶內(nèi)水位低于工作面0.5m。濾水桶采用10mm厚鋼板彎焊加工,直徑1.3m、高1.7m、下部1.2m外包鐵紗網(wǎng)為鏤空狀，外包縛鐵紗網(wǎng)濾水。用水泵直接將水排至地面。井筒施工中，疏水小井要始終超前于掘進(jìn)工作面，使工作面流砂層中的水及時(shí)得到疏干，提高流砂層的穩(wěn)定性。

3．雙層井壁與板樁結(jié)合

施工采用短掘短砌，分段作業(yè)，流砂層厚3.25m分4段施工。將井筒永久支護(hù)至距離流砂層2m，并把井筒的掘進(jìn)直徑擴(kuò)大至7.8m。井筒掘進(jìn)至距流砂層0.6m時(shí)，利用永久井壁下預(yù)留的外層Φ20鋼筋來(lái)固定安裝井圈，井圈用18#槽鋼加工而成，井圈直徑為7.8m（井筒設(shè)計(jì)掘進(jìn)直徑為7.2m），板樁用10#槽鋼加工，前端隔成15°斜角，長(zhǎng)度為1.5m。槽鋼背板正反咬合與井壁10°夾角插入，與尾部外露平齊，不超過(guò)井圈100mm，如圖1所示。

分段內(nèi)井壁均采用雙層井壁,外壁厚300mm，用以固定板樁及井圈，內(nèi)壁按原設(shè)計(jì)600mm，鋼筋按原設(shè)計(jì)置于內(nèi)壁，總壁厚為900mm。內(nèi)外壁模板均為1m×1m，鋼模厚5mm，工作面放一臺(tái)流量20m3/ h、揚(yáng)程500m的潛水泵排水，井口放一臺(tái)同型號(hào)潛水泵及一臺(tái)流量50m3/h、揚(yáng)程200m潛砂泵備用。

施工按段高1m掘進(jìn)并澆筑外壁，井圈、板樁即成為永久超前支護(hù)。完成4個(gè)段高后，外壁超前澆筑1m，再由下而上逐模澆筑內(nèi)壁，全斷面封閉結(jié)束。

三、施工方法

井筒壁后注漿堵水前，井筒涌水量達(dá)12.8m3/h，經(jīng)36小時(shí)注漿堵水，井筒涌水量降至3m3/h，堵水效果顯著。施工進(jìn)入流砂層后，水量加大，為8m3/h，超前疏水小井及時(shí)排水，保證桶內(nèi)水位低于工作面0.5m，為井筒的安全掘進(jìn)創(chuàng)造條件。

開(kāi)挖前，先進(jìn)行板樁超前支護(hù)，為開(kāi)挖井筒創(chuàng)造條件，防止井筒發(fā)生片幫造成斷面過(guò)大發(fā)生事故。先架設(shè)井圈，井圈固定在井筒豎筋上，并均勻布置六根2.4m、Φ22螺紋鋼錨桿，將井圈固定在井壁上，防止井圈下沉，然后沿著井圈上沿，以?shī)A角10°，間距0.5m打設(shè)板樁，板樁不超過(guò)井圈100mm，板樁打設(shè)完成之后進(jìn)行外壁澆筑，壁后300mm。

井筒開(kāi)挖采用短掘短砌分段作業(yè)，段高為1m，開(kāi)挖井筒采取“先中間后兩邊”的開(kāi)挖方式，先開(kāi)挖井筒中間部分，深度達(dá)到段高1m后，再逐圈刷幫直設(shè)計(jì)荒斷面7.8m。然后再次架設(shè)井圈打設(shè)板樁，完成后進(jìn)行外壁澆筑。

開(kāi)挖過(guò)程中，板樁壁后可采用50mm松木板和廢舊皮帶填補(bǔ)板樁間縫隙，充填擋砂，底部采用Φ42mm鋼管插入流沙層進(jìn)行模板固定，模板間采用螺栓連接。井圈模板隨掘進(jìn)自重向下移動(dòng)，循環(huán)進(jìn)尺1m。

當(dāng)施工穿過(guò)流砂層并超出1m后，進(jìn)行內(nèi)壁整體澆筑。

圖1雙層井壁與板樁超前支護(hù)示意圖

四、結(jié)語(yǔ)

1．上行式分段對(duì)稱壁后注漿，有效降低了井壁涌水量，為施工流砂層創(chuàng)造有利條件；

2．超前疏水小井的開(kāi)挖，保證穿過(guò)流沙層時(shí)，積水始終低于井筒底板，保證了井筒施工的安全及工程質(zhì)量；

3．雙層井壁與板樁超前支護(hù)相結(jié)合，有效控制了流砂層開(kāi)挖時(shí)易發(fā)生片幫的問(wèn)題，不僅保證了人員施工安全，而且可安全快速穿過(guò)流砂層。

4．本文采用的雙層井壁與板樁結(jié)合，超前小井排水的過(guò)流砂層施工方法，工藝簡(jiǎn)單易操作，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)立井井筒過(guò)富水流砂層提供了借鑒。

（作者單位：山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司）

（責(zé)任編輯：周 瓊）