淺議胡家河礦井立井井筒施工方法

郭光喬　張彥軍

摘 要：介紹了胡家河礦井立井井筒概況，由于胡家河礦井三個井筒均穿過349m的宜君洛河組基巖含水巖組，井筒涌水量大，巖石膠結差，普通法鑿井施工風險大，必須采用特殊鑿井法施工。考慮涌水量及附近亭南礦注漿法失敗及凍結法成功的施工經驗，最終建議選擇凍結法施工，同時給出了凍結法鑿井井壁結構型式。

關鍵詞：施工方法；凍結法；井壁結構

目前國內較成熟的特殊鑿井法有：注漿法、鉆井法、凍結法。鉆井法在東部松散層較厚的礦區使用較成功，安全性較好，但鉆井法占用的施工場地較大，其產生的廢泥漿難處理，對于生態環境薄弱的西部來說，是很大的問題，而且就其目前的技術來說，大直徑鉆進還不太成熟，井筒的垂直度難以保證（影響提升井筒的井筒裝備安裝），在西部還沒有鉆井法施工的井筒。本文就胡家河礦立井井筒施工方法作簡要分析。

1 胡家河礦井立井井筒概況

胡家河礦井工業場地位于彬縣與長武縣交界處涇河西岸階地的馬屋村，年設計生產能力5.0Mt/a，礦井采用立井開拓方式，工業場地內設主、副、風井三個井筒。主井凈直徑6.5m，掘進直徑8.2m。副井凈直徑9.0m，掘進直徑11.0m。風井凈直徑7.0m，掘進直徑8.7m。

主、副、回風立井在同一工業場地，井筒穿過的地層基本相同，以副立井井筒檢查孔的地質情況為例。副立井井筒檢查孔，即檢1號孔，距副井中心16m，孔口標高為+861.568m。椐檢1號孔揭露，井筒穿過地層有第四系（Q），白堊系洛河組（K1L）、宜君組（K1y），侏羅系中統安定組（J2a）、直羅組（J2Z）、延安組（J2y）和侏羅系下統富縣組（J1f）。各組地層巖性特征清晰，接觸關系明顯。根據《井筒檢查孔勘查地質報告》中提供的涌水量按掘進直徑為11.0m的實際情況進行換算，計算結果如下：第四系涌水量5.71m3/h；白堊系含水層涌水量185.00m3/h；侏羅系含水層涌水量223.18m3/h。

2 立井井筒施工方法選擇

根據富水性評價標準及井筒各含水層段涌水量結果，Q含水層的水量中等，K1L及J2y含水層分層涌水量中等～強。在井筒施工過程中，三個井筒均需穿過厚約349m的宜君洛河組基巖含水巖組，依據已施工的井筒1號檢查孔資料，預計副立井井筒涌水量414m3/h。井筒涌水量大，巖石膠結差，假如采用普通法鑿井施工，風險性太大，不可取，必須采用特殊鑿井法施工。

同時，采用工程類比法，參照國內淮南張集礦（主、副、風井）、開灤徐家樓礦（主、副井）以及相鄰的亭南礦井（主、副井）井筒施工的成功經驗，設計確定本礦井井筒采用地面高壓預注漿或凍結法施工。地面高壓預注漿施工井筒支護厚度小，掘進斷面小，雖在別的礦區多次使用注漿堵水效果好，但在本礦區亭南礦井采用低壓預注漿技術施工井筒，堵水效果差。亭南礦井副井井筒預計涌水量為336 m3/h，主要含水層在白堊系洛河、宜君組；亭南礦井壁后注漿效果不理想，主要原因是：一是地層軟且為泥質膠結，水泥漿注不進去；二是涌水量大，井壁質量難以保證，井壁的滲漏水多；三是地層的裂隙多位高角度裂隙，孔隙水易沿壁后裂隙導入工作面，影響工程進度和質量；最后亭南礦井井筒改為凍結法施工，凍結深度395m，最后獲得成功，為此，本礦井井筒施工方法確定采用凍結法施工。

根據井筒檢查鉆孔資料，以及相鄰的亭南礦井井筒凍結施工情況，我們確定本礦井井筒采用全深凍結，凍結深度為550m。

3 立井井筒結構選擇

凍結法鑿井技術在我國運用以來，其井壁結構型式經過了三個階段：

3.1 單層井壁階段（1955～1963年）

表土淺，凍結深度均小于200m、平均小于100m，多數用C15或C20鋼筋混凝土澆筑，壁200～700mm；在井壁施工中產生的混凝土收縮縫、沉降縫、溫度裂縫，特別是接茬縫使單層井壁幾乎都漏水。此期間，因表土較淺，井筒雖有漏水發生，但經注漿堵水后，多數井筒尚能基本滿足封水要求。

3.2 雙層井壁階段（1964～1975年）

隨著表土深度加大至100～200m時，不少單層井壁雖經注漿處理，漏水量仍達幾十～上百m3/h，不滿足使用要求。60年代在開灤礦區范莊煤礦主井，為解決井壁淋水問題，在原建成的井壁內又套砌一層井壁（井徑由5.5m縮小到5m），取得較好效果。此后，1964年從邢臺煤礦主、副井開始，改為雙層井壁支護形式。雙層井壁防水性能有所改善，曾一度是我國凍結井壁結構的基本形式。

3.3 帶夾層的復合井壁階段（1976～至今）

1976～1985年，兩淮地區幾個在建凍結井內壁由于溫度應力出現了大量的環向裂縫，井筒漏水嚴重。其間，借鑒波蘭經驗，在內、外壁間鋪設塑料薄板，以削弱外壁對內壁的約束，減小溫度應力，進而防止內壁開裂—溫度裂縫。帶塑料板夾層雙層復合井壁成功解決了井壁大量漏水問題，在我國得到廣泛應用。

綜上所述，根據目前已經成功實施的凍結法鑿井技術井筒的井壁結構型式，本礦井各井筒凍結段井壁結構采用雙層復合鋼筋混凝土井壁型式。

4 結論及建議

①針對涌水量大，含水層以孔隙含水為主的巖層，凍結法鑿井是一種很好的施工方法。②凍結法鑿井用于東部厚沖擊層的井筒施工較多，井壁結構及厚度的理論公式及規范均是針對厚沖擊層段的凍結，基巖段凍結施工的井壁結構及厚度均是參考沖擊層段的理論公式，偏保守，應針對基巖段凍結法鑿井的井壁結構及厚度進行理論研究及科學試驗。

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作者簡介：

郭光喬（1983- ），男，河北邢臺人，工程師，本科學歷，從事采礦技術方面的設計工作。