礦井井筒建設(shè)含水砂層施工方法

王作軍

山東華新建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 山東泰安 271219

在礦井建設(shè)施工過程中，首先需要開展的工程勘察內(nèi)容就是圍繞施工的地質(zhì)資料進(jìn)行實(shí)地勘測，通過勘測弄清楚煤礦建設(shè)中的含水層分布情況。但在實(shí)際施工期間，該類問題會在施工推進(jìn)中逐漸顯現(xiàn)，影響采礦工程的開展效率。在此類問題中，含水層主要呈現(xiàn)的是縱向裂隙形式，單純應(yīng)用傳統(tǒng)的止?jié){墊注漿已經(jīng)無法滿足礦井的建設(shè)需求。基于此，針對礦井建設(shè)含水砂層的施工方法進(jìn)行深入的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義[1]。本文結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，對兩個井筒的施工分別進(jìn)行分析和探討，從而積累礦井建設(shè)中含水砂層施工的經(jīng)驗(yàn)。

1 礦井建設(shè)含水砂層施工方法

1.1 施工準(zhǔn)備

井筒按坡度延伸、降水疏干井等工程減少了井筒工作面的水源補(bǔ)給。但井筒內(nèi)涌水仍影響施工，需要利用某種手段，降低井筒內(nèi)涌水，防治砂層遇水形成流砂，改善井筒內(nèi)施工條件。根據(jù)水的流動性、滲透性較強(qiáng)的特性，采用疏、導(dǎo)、集、排的方法，即井筒斷面內(nèi)臺階法施工，沉淀水箱、積水坑/臨時水倉、軟管/鋼管導(dǎo)水、花管疏導(dǎo)砂層水的綜合措施，達(dá)到井筒迎頭處于有利于開挖狀態(tài)的目的，以保證施工質(zhì)量、速度。排水方法：花管（2寸管管壁加工均勻長條孔洞）內(nèi)塞稻草等雜草，將花管按角度打入迎頭，疏導(dǎo)砂層含水導(dǎo)入積水坑；迎頭明顯出水點(diǎn)用軟管/鋼管將水導(dǎo)入積水坑；積水坑設(shè)排砂泵，將積坑內(nèi)積水排入沉淀箱；沉淀箱水沉淀后排出井筒，同時清理沉淀箱內(nèi)沉淀砂，確保沉淀箱容量。

1.2 仰坡潰砂空洞治理

明槽進(jìn)暗槽過程中，主、副井輪廓線外右上角均有因水作用砂流失而造成的空洞。主井空洞與地表貫通，副井空洞在砂層中，危險更大。該空洞在進(jìn)暗槽前應(yīng)及時處理，以避免空洞垮塌沖擊井筒，影響井筒質(zhì)量，甚至造成人身傷害。

（1）主井仰坡潰砂空洞治理。施工要求：利用水的滲透性、冰的強(qiáng)度和鋼管導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)，靈活掌握打入花管及澆水速度，及每層草袋澆水結(jié)冰后再鋪下一層草袋澆水，以保證冰墻的強(qiáng)度。施工方法：加工4寸花管，尖頭段0．5m部分均勻打孔→花管間排距0．5m→花管隨打入隨注水滲透，外露0．5m，施工三排四列→花管打入部分結(jié)冰后，在花管間鋪草袋，澆水凍結(jié)→順序鋪澆至花管頭，形成寬1m長2m的冰墻→在砂層上，以鋼管為骨架的冰墻作為支點(diǎn)穿鋼軌→在鋼軌上打木垛封閉潰砂空洞→在潰砂空洞中注入砼充填。

（2）副井仰坡潰砂空洞治理。施工要求：淋/澆水均勻，以保證冰體臨時支護(hù)的強(qiáng)度。施工方法：潰砂空洞面淋水凍結(jié)，再澆水結(jié)冰形成臨時支護(hù)→利用腳手架由外向內(nèi)永久支護(hù)→以迎頭U支架作為支點(diǎn)，用木板、木材封閉潰砂空洞→在注砼口注入砼充填。主、副井潰砂空洞外部，井筒回填時即可充填。

1.3 仰坡砂層治理

在疏干井降水和明槽開挖深度的作用下，地下水位下降，仰坡砂層含水量下降，隨明槽開挖砂層隨流淌，造成仰坡隨開挖深度的加大而加寬現(xiàn)象。施工要求：利用水的凝固點(diǎn)/冰的熔點(diǎn)、冰的強(qiáng)度，撐控淋/澆時間，即白天最高氣溫-6℃，淋水/澆水可滲透到砂屋中，夜間最低氣溫-35℃，澆水可結(jié)冰。滲透砂層冰+砂層表面冰固定砂層，該凍結(jié)層有一定強(qiáng)度；同時要求控制水量，避免水流過大涌入明槽工作面，造成惡化作業(yè)環(huán)境和二次再排水。施工方法：按井筒方位和坡度在U鋼支架輪廓外仰坡施工超前排管、超前排管輪廓外注水花管，掩護(hù)開挖進(jìn)暗槽、安排白天在井筒仰坡上滲透性淋/澆水、安排夜間砂層凍結(jié)澆水、最后形成超前排管、注水花管凍結(jié)砂層冰、滲透砂層冰、砂層凍結(jié)冰聯(lián)合體固定仰坡[2]。

1.4 砂層短掘短掘進(jìn)暗槽、暗槽段技巧

因井筒開挖砂即流淌，確定進(jìn)暗槽施工方法先拱后墻施工。施工要求：施工順序要求由現(xiàn)工作面至仰坡方向，以保證凍結(jié)時間和凍結(jié)強(qiáng)度。施工方法：

（1）進(jìn)暗槽：按井筒中心、坡度架設(shè)U鋼支架，U支架腿由打入砂層的鋼軌替代，并與U鋼梁焊接成整體→順序至工作面迎頭→迎頭拱部，按大于井筒坡度5°的角度打入超前排管→井筒迎頭、兩側(cè)輪廓線外，打入花管并注水凍結(jié)→U鋼梁上鋪草袋澆水凍結(jié)造假頂，與仰坡連接→井筒‘凍結(jié)壁’內(nèi)開挖出渣→達(dá)到一定高度在焊接鋼筋+鐵板/木板固砂→循環(huán)出渣至底板，安裝U鋼腿→達(dá)一板砼時，綁筋、安裝模板、澆砼。循環(huán)施工至進(jìn)暗槽。

（2）暗槽：腳手架搭設(shè)操作平臺，并在操作臺上施工上臺階→每架U鋼支架施工一排超前排管（施工按2．1要求施工）→超前排管掩護(hù)下臺階法施工→固定U鋼支架拱→留核心土法挖掘并安裝U鋼腿→焊鐵板/木板，以防潰砂增加工作量→開挖出渣→循環(huán)掘進(jìn)暗槽。

2 礦井建設(shè)含水砂層施工效果

通常情況下，應(yīng)用普通施工方法進(jìn)行礦井建設(shè)施工時，經(jīng)常會遇到含水層比較多的問題，在這一基礎(chǔ)上，煤礦施工期間采用的施工方案，具體的施工效果如下：

2.1 施工安全方面

砂層中掘進(jìn)主要不安全因素是砂層松散造成坍塌現(xiàn)象。噴漿支護(hù)仰坡，由于噴射砼沒有滲透性，不能滲入松散砂層中，且冬季施工溫度較低，噴射砼強(qiáng)度無法保證；注漿支護(hù)仰坡，因砂層密實(shí)、松散而效果不明顯。故該種工藝支護(hù)仰坡，仰坡不能形成整體，施工中砂層易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，無法保證施工安全。

2.2 施工工期方面

無論是凍結(jié)法還是注漿法井筒施工，由于建井準(zhǔn)備期沒有考慮該項，隊伍招標(biāo)、施工方案設(shè)計、設(shè)備運(yùn)輸安裝、材料采購、方案施工工期等，都會拖延工期至少一月以上；而項目采用的“凍結(jié)法”只需加工花管、安裝水泵、鋪設(shè)軟管等的時間，工期影響時間是以天計。

3 結(jié)語

綜上所述，在煤礦建設(shè)的過程中，想要有效保障采礦效率，一方面，需要做好含水層位置的施工，尤其是在礦井建設(shè)方面的施工呈現(xiàn)更應(yīng)該保證質(zhì)量；另一方面，在具體的施工過程中，不僅需要做好工程的防水管控，還需要針對礦井地面進(jìn)行有效的預(yù)注漿施工，提升礦井井面的平整度，為后期施工開采節(jié)約成本，同時為工程效率的提升奠定基礎(chǔ)。