蒙西南礦區(qū)新建井筒防治水關(guān)鍵技術(shù)探討

吳茂勝 耿建軍

【摘要】本文結(jié)合蒙西南地區(qū)地質(zhì)特點與長城五號礦工程實例，探討了蒙西南地區(qū)井筒過含水層的凍結(jié)法、注漿法等防治水關(guān)鍵技術(shù)，旨在為西部地區(qū)具有相似條件的井筒防治水施工提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】含水層；凍結(jié)法；注漿法

引言

隨著國家西部開發(fā)的深入和經(jīng)濟發(fā)展對能源的渴求，近年來，在蒙西南等西部地區(qū)新建礦井日益增多。該區(qū)域表土層淺，基巖含水層多且含水層多為孔隙裂隙含水層，地質(zhì)條件十分復雜。在井筒的建設(shè)過程中，必不可少地得穿越含水層，選擇正確的防治水方法在建井中顯得尤為重要。研究表明，對蒙西南地區(qū)含水地層進行凍結(jié)、注漿防治水，可以有效的創(chuàng)造無水施工條件，對井筒周邊圍巖起到加固的作用。

1、工程概況

長城五號礦井地處蒙西南毛烏素沙漠西南邊緣，第四系表土層深厚，砂巖裂隙水豐富，含水對煤系地層影響較大。礦井采用斜井開拓，分別布置主斜井（1291米）、副斜井（1062米）和回風立井（286米），斜井最大傾角26°，開采水平為+800m和+500m兩個水平。主、副斜井自垂深113米至208米采用凍結(jié)法施工，主斜井凍結(jié)范圍為斜長328.08m-621.08m，全長293m，副斜井凍結(jié)范圍為斜長269.093m-541.56m，全長272.467m。

2、防治水關(guān)鍵技術(shù)

2.1凍結(jié)法

2.1.1凍結(jié)方案

在長城五礦副斜井施工過程中，井口以下60米處，井筒出現(xiàn)滲水，涌水量約3m3/h左右。副斜井施工隊開始對滲水處巷道附近進行注漿堵水。由于水量不大，利用副斜井臨時水倉進行排水。隨后，副斜井井口以下56米處左幫底板水突然加大，水量約50-60m3/h，水中夾帶泥沙增加，副斜井排水系統(tǒng)無法及時將水排出，水流向迎頭。由于水量加大，開始調(diào)集大功率潛水泵進行排水，在調(diào)集水泵及安裝期間，擔心大量泥沙抽出導致井筒頂?shù)壮榭?，可能造成井筒折斷的嚴重后果?/p>

經(jīng)研究討論，決定采用待井筒涌水升至靜水位后進行地面注漿封堵，對井壁帷幕凍結(jié)方式進行修補的方案。

2.1.2治理過程

（1）凍結(jié)深度確定

齊腿凍結(jié)。所有凍結(jié)孔均穿過表土段碎石層底板深入隔水層7.2m，所有凍結(jié)孔形成有效凍結(jié)帷幕，即凍結(jié)深度41.35m（以井口標高計算）。

（2）凍結(jié)技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)副斜井井筒工程地質(zhì)條件，凍結(jié)參數(shù)確定如下：

①鹽水溫度：積極凍結(jié)期鹽水溫度為-24～-28℃，維護凍結(jié)期鹽水溫度為-20～-22℃。

②表土段凍結(jié)壁厚度：凍結(jié)壁厚度確定：兩排端頭孔封堵確保凍結(jié)段與非凍結(jié)段隔開；兩排邊排孔封斜井的側(cè)壁，凍結(jié)壁厚度2.4m，經(jīng)有限元分析并結(jié)合公司相應(yīng)帷幕凍結(jié)的施工經(jīng)驗，證實安全可靠，同時利于減少工程量，既安全又經(jīng)濟。

③對測溫孔施工的要求：

1）為了準確掌握凍結(jié)溫度場變化情況，副斜井帷幕凍結(jié)區(qū)段均設(shè)置10個測溫孔，測溫管采用Φ108×5mm無縫鋼管，外管箍連接。測溫孔具體布置依據(jù)實際施工情況而定。

2）管內(nèi)嚴禁灌水，必須保證焊接質(zhì)量，確保無滲漏。

2.2注漿法

2.2.1注漿方案

根據(jù)工程地質(zhì)條件，采用工作面預注化學注漿方法進行施工?；瘜W注漿法過砂層，就是在井筒周圍的砂層中，造成一個半永久性的，具有一定強度的注漿帷幕，用以抵抗地壓和水壓，防止外部的水砂涌入井內(nèi)，保證井筒順利開鑿、掘砌。

2.2.2施工流程

采用工作面預注化學漿的施工方法對含水層進行治理，從而達到正常開挖條件。施工流程如下：

（1）在斜井施工到距第一層含水砂層垂深5m時停止掘進施工，預留粘土層，修建止?jié){墊，采用水泥-水玻璃雙漿液對止?jié){墊與井筒接觸面以及井筒壁后進行充填，防止鉆進注漿孔和注漿過程中漿液滲出；

（2）采用坑道鉆機進行注漿孔鉆進，埋設(shè)孔口管，并進行固管，試壓，超過設(shè)計最大注漿壓力；

（3）套管試壓合格后繼續(xù)鉆進注漿孔，穿過預留粘土層，進入含水砂層，下入注漿花管，注入化學漿液對含水砂層進行治理，注漿過程中控制漿液的壓力和注入量，保證注漿質(zhì)量，最終達到開挖條件。

2.2.3施工方案

（1）止?jié){墊設(shè)計

止?jié){墊的作用是在于封閉含水層涌水，安裝注漿孔口管和保證在用最大壓力注漿時，不使?jié){液從含水層翻入井內(nèi)。

止?jié){墊一般為整體澆筑混凝土，結(jié)構(gòu)形式分為單級平底型和單級球面型，為施工方便，選用單級平底型止?jié){墊，C40混凝土澆筑。

（2）注漿孔設(shè)計

采用兩圈注漿孔進行布置，外圈井筒弧頂、兩幫和底板開孔點距離斷面邊緣分別為1.0m、0.5m和0.5m，內(nèi)圈開孔點距離外圈0.5m。鉆孔深度超過含水砂層1.0m，進入含水砂層時注漿孔落點孔間距為0.5m，內(nèi)圈布孔數(shù)為50個，外圈布孔數(shù)為58個，合計108個。施工順序為先內(nèi)圈孔，后外圈孔，各圈注漿孔采用間隔和逐步加密的方法進行施工，后序施工注漿孔可對已注漿鉆孔注漿情況和質(zhì)量進行檢查，根據(jù)砂層涌水情況進行施工。注漿孔施工過程中，孔口管安裝防突水裝置，防止發(fā)生突水事故。

3、結(jié)論

（1）在蒙西南地區(qū)井筒過含水層的施工過程中，采用凍結(jié)法施工，能夠隔離含水層涌水，為井筒治理創(chuàng)造有利條件，保證了井筒安全施工；斜井帷幕凍結(jié)，在國內(nèi)是首次進行嘗試，對相同條件的凍結(jié)施工具有指導意義。

（2）采用工作面預注漿技術(shù)可有效地封堵出水通道，改善施工條件，消除安全隱患，并切實保障井筒施工質(zhì)量。在采用注漿法建設(shè)斜井過程中，要選擇正確的參數(shù)，控制好注漿壓力，既要達到注漿的預期目的，又要減少漿液損失。

參考文獻

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作者簡介

吳茂勝（1975- ），男，山東萊蕪人，工程師，大學學歷，現(xiàn)在新汶礦業(yè)集團內(nèi)蒙能源公司長城五號礦井籌建處副總工程師.