千米立井防治水技术综述千米立井防治水技术综述冯孝生。杨明福．逯孝耀（中煤第三十一工程处，河北邯郸０５６００３）摘要在工程实例的基础上．全面总结了唐口矿井风井井筒防治水关键技术技巧．为在大涌水条件下施工探立井提供了宝贵经验。关键调下注上冻；导０截Ｅ堵Ｖ中豳号ＴＵ４４５文献标识码Ａ０引言立井井筒是矿井的咽喉。是通风、运输及各种管线的主要通道，其工程量只占建井总工程量的５％左右，而工期则约占４０％。井壁作为维护井筒几何尺寸及使用功能并支撑地压的结构物，其施工质量的重要性是不言而喻的。水患是绝大多数井筒施工无法回避的问题，它几乎贯穿于施工的全过程，对建设周期及井壁质量的影响很大，因此，井筒防治水在矿井建设过程中就显得尤为重要和必要。１工程简介淄博矿业集团有限责任公司唐ＶＩ矿井位于山东省济宁市西北，设计井型为３．０×１０６ｔ／ａ，服务年限为８８．８２年。矿井采用立井开拓，同一工业广场内布置主、副及风井３个千米立井井简．该工程目前在国内尚属首家。风井井筒净直径０６．Ｏｍ，井筒深度１０４４ｍ。井筒掘砌施工子２００１年１０月２３日首先开工，２００２年１２月２３日率先到底，旄工总工期１４个月，扣除注浆以及与井筒相关硐室的施工时间４．７个月，实际掘砌井筒工期仅９．３个月，平均月进１１２．３ｍ。２地质水文状况２．１地层井筒自上而下穿过和揭露的地层有第四系、侏罗系及部分二叠系。第四系厚度２１５．４７ｍ，主要由黏土、砂质黏土及砂层组成，属湖泊相冲积洪积沉积，不整合于下伏地层之上，其中砂层共１６层。累计厚度９６．６５ｍ，占第四系厚度的比例为４４．８％。侏罗系厚度５１６．５３ｍ。在井筒附近仅残存上统（Ｊ３），为一套河湖相碎屑岩沉积．岩性以细砂岩、粉砂岩为主，夹少量砂质泥岩及泥岩；中上部有两层岩浆岩（辉绿岩）侵入．上层厚２．３５ｍ，下层厚９１．５５ｍ；砂岩总厚度为３００．５４ｍ。占该统地层厚度的５８％。该统地层顶部有不同程度的风化．风化带总厚１２．６９ｍ；该统最下一层巨厚层（厚度５２．７ｍ）含砾砂岩与下伏地层呈１１２・全国矿山建设学术会议论文选集・专题综述角度不整合接触。二叠系厚度３０９．８ｍ，井简穿过上统上石盒子组地层（厚度２６８ｍ），并揭露部分下统下石盒子组地层（厚度４１．８ｍ）。根据岩性变化将上统上石盒子组地层分为上下两段．上段厚度９１．４０ｍ，岩性以砂岩、粉砂岩为主，夹少量泥岩，砂岩总厚度５１．４ｍ，占本段地层的５６％；下段厚度１７６．６ｍ，岩性以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主，夹上下两组薄层砂岩，上组砂岩３层总厚度１２．６５ｍ左右，下组砂岩３层总厚度１０．００ｍ左右，底部为Ｂ层铝土岩，其与下伏地层呈整合接触。下统下石盒子组地层，岩性为泥岩、粉砂质泥岩及中、粗粒砂岩。２．２构造井筒附近的地层倾向大致为１５０。～１６０。，地层倾角为６。～７。左右，侏罗系在８。～１４。左右，二叠系在４。～８。之间，多为５４～６＋。基岩段裂隙较发育，且以高角度和垂直裂隙为主。裂隙面倾角大多为７０。－－８０。之间，甚至大于８５。，岩浆岩段裂隙最为发育。但多为成岩裂隙且无规律可循。从裂隙的开张程度来看，细砂岩一含砾粗砂岩层段多以滑面形式出现．而岩浆岩的裂隙均被绿泥石和叶腊石等次生矿物所充填，基岩段平均裂隙率为１．８％。２．３水文地质根据井检孔提供的资料，基岩段的主要含水层段分布在侏罗系，而侏罗系的主要含水部位又集中在厚岩浆岩顶底板附近，二叠系含水相对较弱，其主要含水部位集中在顶部厚砂岩上，即上石盒子组上段。详见表１。寰１唐口矿井风井井筲各含承层技术特征一览衰Ｔａｂ・１Ｔｌｎｓｋｏｅｍｉｎｅｖｅｎｌｌ｜ａｔｉｒｔｇｓｈａｆｔｅａｃｈｗａｔｅｒ．ｂｅａｒｉｎｇｓｔｒａｔｅｍｏｆｐｉｔｓｈａｆｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔａｂｌｅ地层水文地质参敦编号含水屡编号起止深度／ｍ厚度／ｍ预计井筒涌水量Ｉ（／（ｔｎ／ｄ）Ｔ／（ｍ２／ｄ）Ｒ／ｒｎ／（ｎ一／ｈ）Ｉ含水段２８４．５～３８９．５１０５０．０２２８”２．４０２１５７２．３３（Ｓ＝３７８．４）５６．８２侏岩浆岩３８９．５～４７０８０．５０．∞“６９０５２０８３６８．３（Ｓ；４５７．９）９．６３罗系Ⅱ含水殷４７４．５～５ｎ３２８．５０．０２６１２５０．７４４６７９９．４１ｆｓ＝４９４．５Ｓ）３２．６０Ⅲ古水段５１２．５～７３２．５２２０Ｏ．００３１２４０．６８７３４０４１５（ｓ；７２３．０８）４５．５８Ｉｌｒ古水宦７４９～８２３４５４．１５Ｏ．０１１４０６０．６１７６８７２．５３（Ｓ；７２３＂．０８）３８．９１二上Ｖ台水段８３９．９～８７６．０５１５．６５０．０３０８６２０．４８３０１５４０．０２（ｓ＝８７６．６３）２３．７１叠票Ⅵ含水段９０４．３～１０２０１２．５５Ｏ．０２１７４１０．２７２８１４９１．５６（Ｓ；１０１１．５８）１６．７３下延探段１０２０～１０５２１２．６００．１１９１７１．５２５４３６０２．５３（ｓ＝１０４３．５８）５８．０７全井筒２８２０７３防治水方案井筒掘砌施工前，采取“下注上冻”．即基岩段采用地面预注浆法，第四系采用冻结法；井筒掘砌施工中，采取“截、导、堵、排”等综合防治水措施，使井筒工作面涌水量降至１０ｍ３／ｈ以下。千米立井防治水技术综述１１３４防治水技术地面预注浆（１）注浆ｉＬ的布置及施工顺序４．１共布置６个注浆孔，注浆圈径垂１１ｍ。６个注浆孔在注浆圈上等距分布，注１８孔在ＮＥ５１。的位置上，其余孔按顺时针方向依次排布。６个注浆孔分两组施工，第一组施工奇数号孔，第二组施工偶数号孔。第二组孔的最后一个孔（注６８孔）兼作终检孔。（２）注浆孔结构及注浆深度所有钻孔均采用０２００ｍｍ无芯钻具钻至注浆上限深度２２０ｍ，下０１６８ｍｍ护壁管；以下换用垂１２７ｍｍ取芯或中１３０ｍｒｎ无芯钻具至终孔深度１０５２ｍ。（３）浆液种类固定护壁管，加固岩帽采用单液水泥浆，正式注浆段采用黏土水泥浆，遇到破碎带时，先用单液水泥浆加固．后注黏土水泥浆封堵。（４）注浆段落划分注浆上限深度２２０ｍ至孔深２４５ｍ为岩帽段，以下为正式注浆段。共划分为１１个注浆段，详见表２。衰２唐口矿风井井筒地面预注浆段划分衰＼竺号项目、＼起止深度／ｍ段Ｔａｂ．２Ｉ叫∞ｔｅｄｐａｒａＬｍａｐｈＩｎａｄｖａｎｃｅｄｉｖｉｄｉｎｇ２３０５～３６５６０３３６５—４２５６０ｏｎｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇｓｈａｆｔｐｉｔｓｈａｆｔ８ｒｏｅｎｄ岩帽２２０～２４５ｌ４５４８５～５４０５５６５４０～６１５７６１５～６８３６８８６８３－－７４５６２９１０Ｉｌ９４０１０５２１１２２４５～３０５４２５～４８５６０７４５～８３０８５…９４０８３０ｉ１０高／ｍ２５６０７５（５）注浆方式采用以下行为主、上行为副的注浆方式．后序孔及终检孔，根据先行孔的实际注浆情况及施工需要，在个别注浆段进行上行注浆。（６）注浆参数①终压。注浆终压值设计为注浆段底部静水压力的２．５～３．５倍。即注单液水泥浆及第一组孔注黏土水泥浆时取２．５倍，第二组孔注黏土水泥浆取３．０－－３．５倍。②终量。单液水泥浆不大于６０Ｌ／ｍｉｎ，黏土水泥浆不大于２５０Ｌ／ｍｉｎ。③注浆结束标准。达到终压、终量且稳定２０ｍｉｎ以上；浆液注入量达到设计值的８０％以上。备注浆段注浆时。同时满足以上两个条件后方可结束本段终注浆。（７）钻孔垂直度钻孔偏斜率不大于６‰，相邻两孔落点间距不大于８ｍ。（８）注浆效果６个孔共注入水泥２６１８．６ｈ，黏土５９９５．０８ｔ，水玻璃３２０．１６ｔ，食盐１１１０．６２ｋｇ，三乙醇胺１１１４．４６ｋｇ。注浆结束后，井筒掘砌期间实测井筒最大涌水量１６７．４５ｍ３／ｈ，堵水率为４２．１％，堵水效果不甚理想。１１４・全国矿山建设学术会议论文选集・专题综述４．２冻结防治水（１）冻结设计冻结的关健技术是冻结壁的设计，冻结单位经对井检孔和有关资料的认真分析，综合考虑井筒掘砌工艺等因素。采取了深、浅孔差异冻结法的施工方案，对井筒安全顺利地穿过第四系起到了决定性作用。风井冻结施工主要参数见表３。衰３唐口矿井风井冻结设计参数表Ｔａｂ．３ｔｈｅｆ嫩ｚｉｎｇｄｅｓｉ印ｐａｒａｍｅｔｅｒ数据ｏｆｍｉｎｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇｓｈａｆｔ序号１项目名称冲积层埋深／ｍ序号９项目名称数据２１５．４７测温孔深度／个散／（ｒｄ个）外２４５／１．外２１６／１．内２１“１２冻深（长／深）／ｍ２４５／２２７１９２９５２．５ｌ１０水文孔深度／个数／（ｍ／个）１１冻结壁厚度／ｍ１２冻土平均温度／℃１３预计试挖天数／ｄ１４冻结工期／ｄ１９３２．８７一８３控制层位（砂层）／ｍ４最大地压／ＭＰａ５井筒净径／ｍ６６．０１２．５６０１５１１１０．２４一２８－－一３０主孔冻结圈径／ｍ７孔数长／短／个１７／１７２１７／１０１．１１．０．６／６１５井筒热负荷／（１０４ｋＪ／ｈ）１６盐水温度，℃８辅助孔深度／ｍ．圈径／ｔｔｈ孔散／个（２）砌壁工艺冻结段井壁采用内外两层钢筋混凝土井壁结构．外壁采用短段掘砌混合作业法施工．内壁采用高度１．０５ｍ／节的多套金属装配式模板连续套壁。为提高井壁防水性能及其内在质量。主要采取了以下措施。①精心选择优质原材料，合格的原材料方可进场，砂必须过筛除泥，石子必须用水冲洗。②混凝土制作采用电脑控制自动计量系统配料，双卧轴强制式搅拌机拌和，搅拌时间不少于ｌｍｉｎ，根据砂的含水率。经常调整配合比。③在混凝土中加入Ｊｗ．３防冻、减水、早强剂，冬季施工时根据天气温度的变化，调节水温，确保混凝土的入模温度在１５－２０℃左右。④采用小石子（粒径ｌＯ～２０ｍｍ）拌制的混凝土浇筑井壁接茬，保证接茬致密。⑤浇筑井壁混凝土时要强化振捣，分区包干，责任到人，记录在案。⑥脱模后要将施工该段井壁的班组长姓名在井壁显要位置标出。用以激励提高质量意识。⑦对于存在质量缺陷的外壁，在套内壁前全部刷掉，并经加固补强后方可套壁。⑧内壁与外壁接茬要有意地错开，错位高度不小于５００ｒａｍ。４．３基岩段掘砌期间综合防治水４．３．１导（１）材料帆布、编织雨布、钢筋网（ＬｘＢ＝１０００ｍｍｘ５００ｍｍ，中６．５ｒａｍ）、垂６０ｍｍ白塑料管、三通、弯头、钢橛、铁丝、木楔、棉纱、钉子、薄钢带等。千米立井防治水技术综述・１１５（２）施工顺序及方法砌壁段高掘够后．井帮出水点成片分布时，按下述顺序施工。①视井帮出水点分布区域形状，剪割帆布，帆布应能覆盖出水区域。②在出水区域底部，用钢橛、铁丝等贴井帮固定集水漏斗。③靠近漏斗下端，用铁钉、薄钢带将帆布固定在井帮上，帆布拉展压实，使其紧贴井帮，并用木楔、棉纱塞严帆布与井帮间空隙，防止涌水泄漏。④紧靠帆布下端，用钢橛与铁丝固定钢筋网。⑤重复③，④操作，固定帆布及钢筋网两侧，并在帆布与井帮间充填粒径２０－－４０ｍｍ的碎石．充填厚度为５０～ｌＯＯｍｍ。每固定５００ｒａｍ高度就充填一次，直至将出水区域密封完毕。⑥将硬质塑料管与漏斗下口对接好，向下延续至段高底部后安装弯头，将水导入碴面以下排出。⑦掘砌下一段高时，用塑料管将水导入模板外即可。井帮出水点为集中出水点时，直接钻眼下入弯头，用白塑料管将水导入碴面以下即可。已筑井壁上出水点有承压水流喷射时，采用钢钉将雨布覆盖到井壁上，阻挡水流喷射，使其沿井壁流淌，以利下部截水。４．３．２截（１）明截水槽安装施工段落上部井壁淋水较大时，可采用截水槽拦截。用厚１．５ｍｍ的钢板按照井筒净半径尺寸加工弧形模板，截水槽由多段模板组装而成，其底部焊接２～３根中＇４２ｍｍ导水管。以便将截住的淋水集中导入安装在吊盘上的水箱内。井下组装时，每一段模板下部采用二根树脂锚杆（西１６ｍｍ×４００ｍｍ）紧贴井壁固定，其上部用２条Ｍ１４ｍｍ螺栓连接，最后用棉纱塞严槽内漏水间隙。并用消防软管延长导水管。（２）暗截水槽施工利用井壁接茬施工暗截水槽。浇筑井壁混凝土至接茬底平面时，停止浇筑。待其凝固后，松脱模板，利用模板上部浇筑混凝土工作台，采用风镐，将上端井壁凿出一圈斜面。在斜面上组装一圈弧形挡板（由厚１．５ｍｍ的钢板制作），喷浆封闭挡板背对井筒一侧。截入暗截水槽淋水，通过挡板底部导水管及消防软管导入吊盘上安装的水箱内。（３）中间转水站截水井深５３１ｍ处设中间转水站一处，供下部井简掘砌时中转排水用。该硐室长３０ｍ．开口段３ｍ采用素混凝土支护，开口以里为泵房及水仓，支护形式为锚喷。针对转水站上部井筒涌水量较大、壁后注浆难以奏效的特点，在开口段巷道顶板以上２ｍ处利用井壁接茬设暗截水槽一圈。并在槽底沿开口段巷道荒顶板预埋三条口＇６０ｍｍ白塑料管。将拦截的涌水导入转水站水仓内。上述措施截住的涌水实测为２７．８５ｍ３／ｈｏ转水站掘凿完毕后，泵房顶板有少量淋水．不符合排水设备安装要求，为此，采取了顶部搭设雨棚的措施，收到了较好的效果。搭设雨棚材料：１２８槽钢制作的半圆拱支架、管缝８ｍｍ扁钢、木棒、木楔、红泥浪瓦、连接螺栓等。搭设时。采用锚杆固定半圆拱支架底部，多个半圆拱支架相互间点焊多条扁钢连为一体，扁钢上设红泥浪瓦，瓦槽方向垂直巷道走向，红泥浪瓦上方采用木棒及木楔压实。泵房底板设集水沟及集水池。集水池中安装一台潜水泵，及时将沿红泥浪瓦及巷道两帮流到巷道底板的涌水排入水仓内。（４）施工截水硐室锚杆、５０ｒａｍｘ１１６・全国矿山建设学术会议论文选集・专题综述转水站底板以下（１７．７５～２４．８５ｍ）段井筒东南方向井帮裂隙涌水量较大，为此在壁后预埋Ｔ三条导水管（垂６０ｍｍ白塑料管）将水导入下部，然后在水流下方靠近裂隙位置。利用装配式井筒小模板及巷道木模板，砌筑截水硐室（宽×高×深＝１．２ｍ×１．８ｍ×１．２ｍ），将上部涌水截入硐室水池，水池内安设排量为３０ｍ３／ｈ的潜水泵一台，将涌水排入转水站水仓内．实测该处截住的涌水量为２６．８ｍ３／ｈ。４．３．３堵井筒掘砌期间主要采取了壁后注浆方法进行堵水。（１）注浆孔布置一般情况下采取“顶水对点”方法对准出水点布孔，出水点井壁不完整时，则采取在其附近对准来水方向布孔，对于前文所述采取了导水措施的区域则直接对准水源布孔，孔深以穿透井壁进入岩层０．７ｍ为宜。（２）注浆顺序采取下行注浆为主、上行复注为辅的顺序施工。（３）注浆材料及浆液的浓度无机材料及有机材料并用，以无机材料为主，无机材料主要采用Ｐ．Ⅱ４２．５Ｒ早强水泥．３５～４２玻美度水玻璃；无机材料只采用了马丽散Ｎ（树脂及催化剂）。注浆时，以１：１（水灰比）水泥浆为主，另有１．５：１及２：１两种浆可供调节，发生跑浆、窜浆或封堵孔口管时．注水泥浆及水玻璃双液浆二者体积比在１：０．３～１：０．６之间进行调整。采用马丽散注浆时．树脂及催化剂两种浆液以１：１的体积比注入。（４）注浆参数①终压。采用无机材料注浆时终压比受注部位的静水压力大０．５～１．５ＭＰａ．如果达到规定上限仍不能封堵涌水时，可斟情加大压力，采用马丽散Ｎ注浆时，终压比出水点静水压力大０．５～１ＭＰａ。②终量。注入量小于３０Ｌ／ｍｉｎ。③注浆结束标准。所有注浆孔中无明显漏水现象；集中出水点涌水量小于０．５ｍ３／ｈ。（５）注浆效果从井深２４０ｍ至井深８４１ｍ共注浆５次，其中无机材料注浆４次，马丽散Ｎ注浆１次。堵住的涌水量累计达６５．７２ｍ３／ｈ，堵水率３９．２％，堵水效果不尽人意。４．３．４排水井筒掘砌期间采取了三级排水系统，即井下工作面至吊盘水箱为第一级，吊盘水箱到中间转水站为第二级，中间转水站至地面为第三级。第一级采用ｗＱ－５０．７０．１８型潜水泵；第二级采用安装在中层吊盘的２台１３４６．５０×１２型水泵排水，水箱（ｇ－积７．２ｍｓ，规格Ｌ×Ｂ×Ｈ＝２．４ｍ×１．２ｍ×２．５ｍ）置于上层吊盘，其中心预留西２８０ｍｍ井筒中心线孔；第三级采用安装于转水站的三台Ｄ１５５．６７×９型水泵作为排水动力源。５效果通过采取防治水的各种措施，井筒掘砌期间工作面的涌水得到了较好的控制，施工中从未发生连续３ｈ以上的问题及现浇混凝土“泡汤”事故。砌壁后井壁未出现任何异常现象，井简所有混凝土分项工程全部达到优良等级。全井筒平均月进尺１１２．３ｍ，井深８００ｍ以下千米立井防治水技术综述１１７平均月进尺１００．５ｍ，实现了优质快速施工。６结语注浆堵水是根治水患的最佳途径，施工实践表明，在高角度裂隙岩层中注浆效果不够理想，简捷、实用且具有独创性的多种截水疏导措施，是大涌水条件下优质快速施工井筒的必要条件，在防治水过程申发挥了突出作用。ＴｈｅＷａｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｔｈｅＫｉｌｏｍｅｔｅｒＶｅｒｔｉｃａｌＷｅｌｌＦＥＮＧＸｉａｏ－ｓｈｅｎｇ．ＹＩＡＮＧＭｉｎｇ－ｆｕ．ＬＵＸｉａｏ－ｙａｏ｛Ｔｈｅ３１ｓｔＣｏｒｔｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｔｖｉｓｉｏｎｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＨａｎｄａｎＨｅｂｅｌ０５６００３ｌＡｂｓｔｒａｃｔＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｈｈｇｅｘａｍｐｋ，ｉｔｗ鹏ｓｕｍｍｅｄｕｐｔｈａｔｔｈｅＴａｎｇｋｏｕｍｉｎｅｖｔｎｔ岫ｈｇｄ，ａｆｔ试ｔｓｈｄ“ｐｒｖｖｌｄｅｄｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｋｉｌｌｔｏｐｒｅｖｅｎｔａｎｄｃｕｒｅｗａｔｅｒｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ。肌ｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｆｏｒｂｉｇｇｕｓｈｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ｔｈｅｄｅｅｐｖｅｒｔｉｃａｌｗｅｌｌｈａｄｐｒｏｖｉｄｅｄｖａｌｕａｈｉｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．Ｋｅｙｗｅｅｄｓｌｌｑｌｎｇ如ｗｎ＾ｓｔａｋｅｔｏｆｒｅｅｉｅ；ｌ髓出ｎＢ；ｃｕｔｔｉｎｇ；ｂ｜ｏｃｋｓｕｐ千米立井防治水技术综述
作者：作者单位：
冯孝生， 杨明福， 逯孝耀中煤第三十一工程处(河北邯郸)
引用本文格式：冯孝生.杨明福.逯孝耀 千米立井防治水技术综述[会议论文] 2003
