淺析立井過(guò)采空區(qū)安全快速施工技術(shù)

王賽龍

【摘 ?要】當(dāng)立井通過(guò)采空區(qū)時(shí)，由于采空區(qū)存在積水、有害氣體，容易造成安全事故隱患，常規(guī)處理方法是直接鉆孔注漿，但該方法存在鉆孔數(shù)量多、工期長(zhǎng)、效率低、成本高的缺點(diǎn)。論文以同煤塔山礦西部工業(yè)廣場(chǎng)回風(fēng)立井工程井筒快速施工為例，通過(guò)超前物探，工作面預(yù)注漿堵水，將水泥碎石漿注入采空區(qū)及影響范圍空隙，摸索出立井安全快速通過(guò)采空區(qū)的施工工藝及勞動(dòng)組織，值得推廣。

【Abstract】When the shaft passes through the goaf， because there is water and harmful gas in the goaf， it is easy to cause hidden danger of safety accidents. The conventional treatment method is directly drilling grouting， but this method has the disadvantages of large number of drilling holes， long time limit， low efficiency and high cost. This paper takes the rapid construction of the shaft of the return air shaft engineering in the western industrial square of Datong coal industry Tashan mine as an example， through advanced geophysical exploration， pre-grouting on the working face to block water， injecting the cement and gravel slurry into the goaf and the gap in the affected area， to find out the construction technology and labor organization of the safe and rapid passage of the shaft through the goaf， which is worthy of promotion.

【關(guān)鍵詞】深立井;采空區(qū);安全快速施工

【Keywords】deep vertical shaft; goaf; safe and rapid construction

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD262 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2020）01-0154-02

1 工程概況

1.1 井筒特征

塔山礦西部工業(yè)廣場(chǎng)回風(fēng)立井工程，凈直徑為8.5m，井筒設(shè)計(jì)深度為694m。井口絕對(duì)標(biāo)高+1591m，井底絕對(duì)標(biāo)高+897m（不含鋪底厚度）。井筒支護(hù)采用鋼筋砼或錨網(wǎng)加素砼支護(hù)的方式。

井筒素混凝土段620.5m（含2號(hào)壁座），采用錨網(wǎng)一次支護(hù)和素混凝土永久支護(hù)相結(jié)合，永久支護(hù)厚度700mm，強(qiáng)度等級(jí)C40。

回風(fēng)立井風(fēng)硐出口落底標(biāo)高+1583.00m（預(yù)計(jì)），安全出口落底標(biāo)高+1586.50m（預(yù)計(jì)）（見(jiàn)表1）。

1.2 井筒穿越煤層、采空區(qū)情況

根據(jù)井筒地質(zhì)柱狀圖顯示，在施工井筒過(guò)程中會(huì)先后遇到9#煤采空區(qū)和14-3#塌空區(qū)，9#煤采空區(qū)高度1.5m，沒(méi)有積水，位于井筒84.5m位置。14-3#層采空區(qū)高度8.8m，積水深度1.5m，位于井筒163m位置。同時(shí)采空區(qū)還存在有害氣體等危險(xiǎn)因素。

2 施工方案

在準(zhǔn)備期內(nèi)完成地面臨時(shí)設(shè)施、鑿井措施工程施工。井筒施工至井深25m，安裝兩盤(pán)，吊掛管線(xiàn)，進(jìn)行井筒的正式掘砌施工。井筒掘砌施工采用立井綜合機(jī)械化配套作業(yè)線(xiàn)，短段掘砌混合作業(yè)方法施工。設(shè)兩套單鉤提升系統(tǒng)，座鉤翻矸;表土段采用人工配合挖掘機(jī)掘進(jìn);基巖段采用傘鉆打眼，中深孔光面光底爆破，中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝巖;高液壓伸縮整體下移式金屬模板砌壁。

在井筒過(guò)采（塌）空施工期間，擬采取“先探再治后掘的方針”：即“物探先行，鉆探驗(yàn)證，注漿充填，短段掘砌”的總體施工方案。根據(jù)物探結(jié)果，分析出采（塌）空的位置、高度及水位大小、有害氣體含量等情況，在此基礎(chǔ)上再采取鉆探施工，以驗(yàn)證物探結(jié)果的準(zhǔn)確性，然后再采取注漿充填的方法，短段掘進(jìn)的施工步驟，以達(dá)到安全順利通過(guò)采（塌）空的目的[1]。

過(guò)采（塌）空施工采用短段掘砌作業(yè)方式，普通鉆爆法施工。在掘進(jìn)至采（塌）空5m位置時(shí)，采用“探三進(jìn)一，放小炮”的方法掘進(jìn)。

采（塌）空及頂?shù)装迳舷?m范圍內(nèi)，采用錨網(wǎng)索噴進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，現(xiàn)澆筑混凝土永久支護(hù)的方式施工。

臨時(shí)支護(hù)錨索規(guī)格為？準(zhǔn)17.8mm×5.0m，間排距均為2m;錨桿規(guī)格為？準(zhǔn)22mm×2.5m，間排距均為1m;金屬網(wǎng)規(guī)格為？準(zhǔn)6mm，網(wǎng)格尺寸為100mm×100mm。噴射混凝土厚度不小于100mm。

3 采空區(qū)施工措施

3.1 物探先行，查明采（塌）空情況

在井筒即將施工至采（塌）空前30m位置時(shí)，停止掘進(jìn)，項(xiàng)目部及時(shí)向建設(shè)單位地質(zhì)主管部門(mén)和監(jiān)理單位負(fù)責(zé)人匯報(bào)。同時(shí)做好井筒工作面的支護(hù)工作，并清理完畢工作面矸石。根據(jù)物探結(jié)果，在探明采（塌）空有無(wú)含導(dǎo)水性，哪兒含水、含水區(qū)分布范圍、有無(wú)潛在含導(dǎo)水通道等情況后，再進(jìn)行下一步施工[2]。

3.2 鉆探驗(yàn)證，精查采（塌）空邊界

根據(jù)物探結(jié)果，在距采（塌）空區(qū)10m位置時(shí)，停止施工，再采用鉆探驗(yàn)證。共布置探測(cè)鉆孔9個(gè)，孔徑？準(zhǔn)90mm，要求鉆透采（塌）空區(qū)，進(jìn)入底板1m，超出井筒輪廓線(xiàn)外15m。精確查明采（塌）空積水及有害氣體情況，確定采（塌）空位置。

根據(jù)鉆孔資料，分析確定采（塌）空精確方位及走向，探明采（塌）空積水和有害氣體情況后，及時(shí)采取排水和抽放有害氣體等措施，排除積水和有害氣體危險(xiǎn)后，方可進(jìn)行下一步施工。

3.3 采（塌）空注漿充填

通過(guò)鉆探精查，確定采（塌）空邊界后，在工作面距離采空區(qū)10m位置時(shí)，進(jìn)行注漿充填施工。

3.3.1注漿設(shè)計(jì)

①注漿孔布置。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)選擇注漿孔直徑和布置注漿鉆孔數(shù)量，利用鉆機(jī)施工。要求穿透采（塌）空，進(jìn)入底板1m，超出井筒輪廓線(xiàn)外5m。

②注漿材料。首先向采（塌）空注入馬麗散，封閉采空區(qū)，然后向采（塌）空注入水泥碎石漿，充填固化采（塌）空。水泥碎石漿采用水玻璃作速凝劑，配比（重量比）為3∶7∶110∶0.3（PO42.5水泥∶碎石∶水∶水玻璃）。

3.3.2 注漿施工

注漿施工順序：鉆孔定位—成孔及下套管—下注漿管，澆筑孔口管—注入水泥碎石漿。注漿過(guò)程中，要密切觀察注漿情況，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)處理。

3.3.3 注漿效果鉆孔驗(yàn)證

注漿施工結(jié)束，待水泥碎石漿凝固后，采用鉆孔取心法，對(duì)注漿效果進(jìn)行取樣驗(yàn)證;檢查孔要求巖心采取率達(dá)到60%以上。取心過(guò)程中，對(duì)孔內(nèi)漏水段，軟弱段孔深，要作詳細(xì)記錄，并通過(guò)取巖心，對(duì)不同程度的巖體裂隙充填固結(jié)程度進(jìn)行分析，以驗(yàn)證采（塌）空注漿充填效果。

在井筒工作面均勻布置6個(gè)檢查孔，終孔位置超出井筒輪廓線(xiàn)外2m，孔徑？準(zhǔn)133mm。經(jīng)檢驗(yàn)，注漿如未達(dá)到預(yù)期效果，應(yīng)加密鉆孔，補(bǔ)充注漿。各檢查孔經(jīng)全孔取心分析，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，采（塌）空充填嚴(yán)密，瓦斯含量也明顯降低，表明注漿取得了理想效果，可以進(jìn)行掘進(jìn)施工。

4 安全注意事項(xiàng)

①立井井筒過(guò)采（塌）空區(qū)時(shí)，瓦檢員嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”和“三人連鎖”放炮制度，并留有詳細(xì)記錄。②立井井筒穿過(guò)采（塌）空區(qū)時(shí)，每班跟班隊(duì)長(zhǎng)負(fù)責(zé)檢查，記錄打探眼的施工全過(guò)程，探眼深度不小于4m，進(jìn)度眼深度不大于1.5m，周邊眼間距，裝藥量嚴(yán)格控制并做好詳細(xì)記錄。③瓦檢員負(fù)責(zé)檢查工作面、回風(fēng)流、吊盤(pán)上的瓦斯和CO2的濃度，每班檢查次數(shù)不少于3次，并留有詳細(xì)記錄。瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1%或CO2的濃度超過(guò)1.5%時(shí)，必須立即撤人，并切斷電源。④風(fēng)筒與工作面距離不大于5m，風(fēng)筒無(wú)漏風(fēng)、跑風(fēng)現(xiàn)象，保證工作面風(fēng)量符合規(guī)程要求。⑤當(dāng)班帶班領(lǐng)導(dǎo)，班組長(zhǎng)及其他流動(dòng)人員必須佩戴便攜式瓦檢儀，下井人員必須佩戴自救器和安全帶。⑥井口風(fēng)機(jī)必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并配備備用風(fēng)機(jī)，嚴(yán)禁隨意停開(kāi)風(fēng)機(jī)，井口安檢人員嚴(yán)格把關(guān)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)匯報(bào)、及時(shí)處理。⑦在揭露采（塌）空區(qū)前，必須先探明采（塌）空區(qū)內(nèi)有無(wú)刺鼻的有害氣體，分析是否有火區(qū)隱患。當(dāng)掘到距采（塌）空區(qū)20m后，必須加強(qiáng)“一通三防”管理工作，帶班領(lǐng)導(dǎo)、瓦檢員及班組長(zhǎng)必須盯在現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真履行各自崗位責(zé)任，分工明確，責(zé)任到人，手拉手交接班，遺留問(wèn)題必須當(dāng)面交清、交全，并填寫(xiě)交接班記錄。⑧過(guò)采（塌）空區(qū)時(shí)，加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備管理，嚴(yán)禁明火操作、嚴(yán)禁失爆、嚴(yán)禁帶電檢修，嚴(yán)禁放明炮、糊炮，放炮電纜隨時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)漏電及時(shí)更換，并要求井筒內(nèi)嚴(yán)禁使用非防爆照明燈。⑨在揭露采（塌）空區(qū)之前，為防患于未然，工作面應(yīng)至少配備兩天潛水泵，以便于及時(shí)排出采（塌）空區(qū)積水。

5 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)技術(shù)對(duì)采空區(qū)采用超前物探探測(cè)，工作面預(yù)注漿充填加固，與傳統(tǒng)的采空區(qū)封閉方法相比，可操作性強(qiáng)，技術(shù)可行，該項(xiàng)技術(shù)有效防止揭露采空區(qū)時(shí)水害及瓦斯事故，保證施工安全，具有推廣價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

【1】崔云龍.簡(jiǎn)明建井工程手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

【2】李旭峰.立井通過(guò)采空區(qū)施工技術(shù)[J].建井技術(shù)，2016，37（06）：9-12.