井巷工程中流沙層的治理方法

程嚴(yán)毅

（攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司特種工程分公司　四川省　攀枝花市　617000）

井巷工程中流沙層的治理方法

程嚴(yán)毅

（攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司特種工程分公司四川省攀枝花市617000）

井巷工程是采礦行業(yè)中最為常見的一項(xiàng)工程，其中以煤炭行業(yè)最為常見。在井巷工程施工過程中，流沙層是比較常見的一種地質(zhì)問題。其不僅可能造成施工人員人身安全，還可能造成施工進(jìn)度停滯?？梢哉f流沙層治理已經(jīng)成為井巷工程中最為重要的一個環(huán)節(jié)。本文就井巷工程以及流沙層的基本概念進(jìn)行論述，簡要分析了井巷工程中流沙層的治理方法，以期提高相關(guān)工作的工作成效。

井巷工程；流沙層；治理方法

流沙層一般是在井巷工程的掘進(jìn)過程中所遭遇的惡劣地形段，由于流沙層的特殊性質(zhì)，其會給井巷工程施工帶來很大的難度。目前，對于流沙層的治理工作，相關(guān)工作者根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，對不同地質(zhì)條件的礦井提出了不同的流沙層治理方法，均能在流沙層治理過程中發(fā)揮顯著作用。

1　井巷工程及流沙層基本概念

1.1井巷工程的基本概念

井巷工程一般是指在地下建設(shè)設(shè)計(jì)所需的空間結(jié)構(gòu)，并使其能夠維持穩(wěn)定。井巷工程一般是通過破開巖體，進(jìn)入或穿過巖石開挖所需工作空間，再通過一系列支護(hù)措施保證其穩(wěn)定性。由此可見，井巷工程的施工與維穩(wěn)，與實(shí)地巖土的理化性質(zhì)以及力學(xué)性質(zhì)具有密切的關(guān)聯(lián)，此外還需針對井巷圍巖的具體情況采用適合的支護(hù)手段。一般來說，常見的流沙層治理方法主要有打樁法、沉井法、凍結(jié)法、加固法以及注漿法等；而常見的井巷支護(hù)方法有混凝土支架、金屬支架、錨噴錨桿支護(hù)以及其他支護(hù)手段。總的來說，井巷工程是以采礦或其他目的在地下進(jìn)行的井筒、巷道和硐室開掘工程，統(tǒng)稱為井巷工程。對于煤炭行業(yè)來說，井巷工程主要包括了礦山建設(shè)工程、礦井生產(chǎn)準(zhǔn)備工程、礦井延伸工程以及礦井輔助工程等。

1.2流沙層基本概念簡介

流沙層的最大特點(diǎn)就是在壓力或水力的作用下，會呈現(xiàn)出一定的流動性，其主要是指在水環(huán)境下顆粒度不超過0.1mm的砂石和其他的細(xì)小顆?；旌仙丑w層。在井巷工程中，如果開掘過程突遇流沙層，處置不恰當(dāng)?shù)脑?，流沙層的流沙就會從開掘缺口從流沙層空間流向井巷空間，致使井巷空間被掩埋。嚴(yán)重情況下，流沙層流沙流出過多，使流沙層的表層地面出現(xiàn)下沉或陷落，嚴(yán)重影響地表建筑安全。如果流沙層中粘土和水的成分較高，就會導(dǎo)致流沙顆粒很小，流動性更強(qiáng)。流沙層的危害主要是因?yàn)榱魃硨又泻兴郑诖罅克值淖饔孟?，流沙不僅具有很高了流動性，而且能夠給其提供很高的動能，大大增加了流沙的危險(xiǎn)性。根據(jù)相關(guān)資料顯示，在流沙層的含水率降低到15%以下時，流沙層中流沙所承受的壓力大大降低，與普通沙子極其接近，具有很高的穩(wěn)定性。所以，解決流沙層問題的關(guān)鍵就在于降低流沙層中的含水量，降低流沙的危險(xiǎn)系數(shù)，使其趨于穩(wěn)定。

2　流沙層疏干方法介紹

2.1流沙層疏干的理論基礎(chǔ)分析

流沙就有較大危險(xiǎn)的原因之一就是流沙層中水含量較高，給流沙提供了較大的動能，使其具備了較高的沖擊損傷能力。水含量越高，流沙的沖擊力越大，對井巷施工的影響也就越大；相反，水含量越低，流沙的沖擊力也就越低，對井巷施工的影響就越小。所以對流沙層進(jìn)行疏干，其核心在于降低流沙層的含水量，只要將其降低到可控水平，就可以使流沙層逐漸趨于穩(wěn)定，減小其所存在的安全威脅。在對流沙層進(jìn)行疏干時，最主要的工作就是運(yùn)用達(dá)西定律去掉流沙層中的活性水。流沙層中的活性水流動一般是服從達(dá)西定律的，通過達(dá)西定律就可以計(jì)算出其水流速度，其計(jì)算公式為：v=khms/b-1，式中：h為流沙層水柱測量高度；b為過濾材料的厚度；k為過濾系數(shù)。其中過濾系數(shù)k的決定因素有三個方面：①流沙層流沙的顆粒大小及形狀；②流沙層流沙顆粒比例；③流沙層流沙的深度以及含泥量等。通過流速計(jì)算公式計(jì)算出水流速度，在據(jù)此計(jì)算出對流沙層進(jìn)行疏干時的含水量：q=pv。

2.2井巷工程流沙層治理方案

對于井巷工程的流沙層治理來說，其一般可以分為五個方面，具體如下：

（1）進(jìn)行超前小管棚施工

治理流沙層的過程中，相關(guān)人員應(yīng)該對破碎松散的巖體進(jìn)行超前鉆孔，打入小導(dǎo)管，再進(jìn)行水泥漿液壓注，通過膠凝性的水泥漿液迅速排出流沙層中的水分和空氣，使松散的破碎巖體能夠在短時間內(nèi)膠結(jié)凝化，形成具有一定抗?jié)B阻水和強(qiáng)度性能的固體。在具體的施工過程中，通過對流沙層進(jìn)行水泥漿注入，使井巷當(dāng)頭周圍的泥沙可以迅速膠結(jié)，形成整體。在巷道的掘進(jìn)過程中，超前小管棚施工可以在流沙層中形成一個新的井巷空洞。但是對于實(shí)際情況來說，泥沙和水泥漿的膠結(jié)體在短時間內(nèi)并不會垮塌，其會發(fā)生一定的形變?nèi)缓筮_(dá)成平衡，在巷道頂部的膠結(jié)體破壞之前，就可以利用適合的支護(hù)措施對其進(jìn)行支護(hù)。

（2）預(yù)埋注漿管

預(yù)埋注漿管應(yīng)該先進(jìn)行注漿鉆孔，其可以在巷道沿拱頂?shù)妮喞€上均勻選定注漿鉆孔，每個鉆孔的間距保持在1m左右，即每隔1m鉆一個注漿孔，再在每一個注漿孔中預(yù)埋好注漿管。在注漿管預(yù)埋完成后，應(yīng)該立即采用一定長度的注漿管，進(jìn)行注漿效果試驗(yàn)。一般是用8m長注漿管掘進(jìn)3～4個注漿循環(huán)。如果效果較好，則可以改用5m注漿管進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)；如果效果較差，則可以適當(dāng)增加幾個注漿循環(huán)。

（3）注漿過程

注漿過程的關(guān)鍵在于注漿前期，即在開始階段，需要使用較高濃度的漿液進(jìn)行注漿，一般水與石灰的用量持平。到注漿后期，則需要降低注漿濃度，水與石灰的比例應(yīng)該降至3：1的水平。注漿濃度的大小與注漿壓力、裂縫開度都有關(guān)系，注漿壓力越大，所需的逐漸濃度就越??；裂縫開度越大，所需的注漿濃度就也越大。除此之外，對于注漿過程應(yīng)該按照實(shí)際要求均勻有序的進(jìn)行，中途盡量不要發(fā)生停頓。

（4）鋼架立模以及布筋

鋼架立模和布筋是在注漿程序完成之后進(jìn)行的，通過超前小管棚施工和注漿兩個環(huán)節(jié)的作用，注漿管和水泥漿以及流沙層在巷道輪廓線之外形成了新的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，能夠使井巷礦道形成一個統(tǒng)一的整體。

（5）壁后注漿

通常而言，壁后注漿應(yīng)當(dāng)在巷道頂部預(yù)設(shè)注漿管，每根注漿管之間的間隔可以維持在4m范圍內(nèi)，每拱可以預(yù)設(shè)4～5根注漿管。之所以要進(jìn)行壁后注漿，是以為內(nèi)在鋼架混凝土制作時，拱部收口處的混凝土難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以需要進(jìn)行壁厚注漿強(qiáng)化其性能。一般來說注漿達(dá)到25kg/m3的水平，就可以停住注漿。

3　流沙層的支護(hù)措施探析

3.1選定支護(hù)方式

在井巷工程施工遭遇流沙層時，需要進(jìn)行全封閉式的支護(hù)措施。與此同時，為加強(qiáng)巷道強(qiáng)度，需要進(jìn)行壁后注漿，避免井筒下滑或下沉等事故的出現(xiàn)。在遭遇流沙層時，井巷工程施工的要點(diǎn)在于快速穿過流沙層，因此對其進(jìn)行支護(hù)應(yīng)該選用快凝型的鋼筋混凝土或是石塊進(jìn)行支護(hù)。為加強(qiáng)支護(hù)效果，還可以在井筒的內(nèi)壁也進(jìn)行支護(hù)措施，以實(shí)現(xiàn)全密封的效果，起到防止流沙水損情況發(fā)生。

3.2流沙層支護(hù)施工分析

對流沙層進(jìn)行支護(hù)時，應(yīng)該遵循幾個基本原則，即短掘短砌、分布開挖以及分布砌筑等。當(dāng)流沙層處于緊密穩(wěn)定狀態(tài)時，支護(hù)施工應(yīng)該按照先墻后拱分布砌筑的基本原則進(jìn)行。在完成側(cè)墻的支護(hù)施工后，在進(jìn)行巷道兩側(cè)墻體的開挖與砌筑，最后合攏形成一個全封閉整體；當(dāng)流沙層處在拱基線下方時，又可以采用先拱后墻短段砌筑的方式進(jìn)行支護(hù)施工；當(dāng)流沙層和拱基線處于同等水平時，一般可以利用超前降水的方法，通過先拱后墻，用鋼筋混凝土打好底梁，在拱形支架的支撐下再打入木樁，短段砌筑進(jìn)行全封閉施工；當(dāng)流沙層高于拱基線時，可以用金屬支架對其進(jìn)行支撐，穿梁過頂打入板樁，將流沙層隔離在拱基線之外。

4　井巷工程流沙層治理施工工藝評價

井巷工程遭遇流沙層會給井巷工程施工造成極大的危害，需要通過一定的治理措施對其進(jìn)行疏干和支護(hù)。一般來說，流沙層治理主要可以從三個方面進(jìn)行工藝評價：

（1）通過注漿技術(shù)，可以使井巷工程中的流沙層從不穩(wěn)定的狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)邊為穩(wěn)定狀態(tài)，可以大幅提升井巷的安全系數(shù)，是井巷施工得到足夠的保障，還可以節(jié)省施工成本，降低相關(guān)的維護(hù)費(fèi)用。

（2）在注漿之后，井巷工程中遇到的流沙層，其整體性并沒有被破壞，而是與混凝土以及槽鋼鋼架進(jìn)行了配合，形成了牢固穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，為井巷工程提供一個封閉結(jié)實(shí)的支護(hù)平衡結(jié)構(gòu)。

（3）對流沙層采取超前小導(dǎo)管的棚預(yù)支護(hù)、周邊挖掘以及拱架前期支護(hù)，在提高流沙層穩(wěn)定性的同時，不會使流沙向周邊擴(kuò)散，可以有效降低流沙層對井巷周圍巖層產(chǎn)生的擾動?？偟膩碚f，通過對流沙層注漿，排除其存在的水分和空氣，使其固結(jié)成一個整體，具備良好的穩(wěn)定新和力學(xué)性能，可以與其他結(jié)構(gòu)一起轉(zhuǎn)變?yōu)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)。

5　結(jié)束語

在井巷工程施工中，對于流沙層的治理一般分為疏干排水和支護(hù)兩個方面。通過對流沙層進(jìn)行排水，降低其內(nèi)部水位，減小流沙所承受的壓力，增強(qiáng)流沙的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上與支護(hù)措施進(jìn)行配合，實(shí)現(xiàn)對巷道的全封閉支護(hù)，保證施工能夠快速穿過流沙層，提升井巷工程施工進(jìn)度與質(zhì)量。

[1]楊偉光.淺談井巷工程施工中的防治水[J].建井技術(shù)，2010（04）.

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[3]張海峰，任敬賢.井巷工程中流沙層的治理方法研究[J].改革與開放，2011（12）.

TD262

A

1673-0038（2015）21-0187-02

2015-5-6

程嚴(yán)毅（1983-），男，云南威信人，初級工程師，從事礦山建設(shè)工作。