杭來灣煤礦進(jìn)回風(fēng)立井疏降水方案研究

薛雄飛，姬 凡

(陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

關(guān)健詞：杭來灣煤礦；進(jìn)回風(fēng)立井；含水層；涌水量；疏降水

0 引言

礦井立井建設(shè)過程中，井筒的涌水問題是影響施工建設(shè)進(jìn)度的重要因素[1-3]，尤其是在含水層富水性較強(qiáng)、第四系松散層厚度較大和含水層之間水力聯(lián)系密切的區(qū)域施工難度和危險性也將進(jìn)一步增加[4-6]，如果施工方法選擇和論證不當(dāng)，不但影響礦井整體的施工進(jìn)度，而且由此出現(xiàn)的井壁垮塌、潰水潰沙、井筒報(bào)廢等一系列問題，將嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)[7-10]。由于區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的差異，針對井筒涌水的控制和施工方法存在一定的局限性，以注漿法、帷幕法及凍結(jié)法為代表的施工方法[11-14]，在杭來灣礦井適用性不強(qiáng)。如何根據(jù)礦井實(shí)際狀況，制定科學(xué)合理的施工方案，按期完成立井井筒的施工工程，是立井建設(shè)過程中面臨的一項(xiàng)重要工作。

本文以杭來灣礦井為研究對象，根據(jù)進(jìn)回風(fēng)立井施工過程中井筒涌水較大、施工進(jìn)度緩慢、安全無法保證等實(shí)際問題，結(jié)合礦井井筒檢查孔水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘察報(bào)告取得了相關(guān)成果，制定了一系列行之有效的施工方案，安全高效地完成了進(jìn)回風(fēng)立井的建設(shè)任務(wù)，為礦井302盤區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 施工概況

陜西有色榆林煤業(yè)有限公司杭來灣煤礦為陜北煤炭基地之榆神礦區(qū)一期規(guī)劃區(qū)建設(shè)的重點(diǎn)礦井之一，隸屬榆林市榆陽區(qū)管轄。井田共劃分4個開采盤區(qū)，目前礦井301盤區(qū)的開采已經(jīng)回采至最后一個工作面，為保證礦井302盤區(qū)的正常接續(xù)和開采。根據(jù)后期礦井通風(fēng)需求和礦井的整體開采設(shè)計(jì)和規(guī)劃，擬在井田中部布置一個進(jìn)風(fēng)立井和一個回風(fēng)立井，即一號進(jìn)風(fēng)立井和一號回風(fēng)立井，以滿足后期開采過程中，礦井通風(fēng)和安全的需要。

進(jìn)、回風(fēng)立井井筒位于井田中部。介于301盤區(qū)和302盤區(qū)的交界處，地貌屬于沙漠灘地以及黃土梁峁含水單元過渡地帶，表層覆有深淺不等的第四系風(fēng)積砂。井筒區(qū)域周邊無沖洪積層、湖積層分布，根據(jù)水文地質(zhì)勘察資料，井筒區(qū)域包含第四系中更新統(tǒng)黃土孔隙裂隙潛水含水層、基巖頂界風(fēng)化殼裂隙承壓水含水層及侏羅系碎屑巖類裂隙承壓水含水層3個含水層(組)。井筒開鑿過程中將揭露全部含水層組并受揭露地下水涌入的影響。因此，需要在井筒周邊布設(shè)降水井群，采用降水井群疏降表層地下水位的方式完成降水工作，應(yīng)保證井筒施工的干燥條件，并防止井筒側(cè)壁失穩(wěn)、潰水潰沙等工程安全問題。

2 水文地質(zhì)概況

2.1 含(隔)水層

杭來灣煤礦井田位于榆溪河與禿尾河自然分水嶺的西側(cè)，井田內(nèi)地下水根據(jù)其賦存條件及水力特征可以劃分為2種類型：即第四系松散巖類孔隙裂隙潛水與侏羅系中統(tǒng)直羅組、延安組砂巖裂隙承壓水；自上而下可劃分為5個含水巖層(組)：分別為第四系全新統(tǒng)沖洪積層孔隙潛水含水層、上更新統(tǒng)沖湖積層孔隙潛水含水層、中更新統(tǒng)黃土孔隙裂隙潛水含水層、基巖頂界風(fēng)化殼裂隙水含水層、碎屑巖類裂隙承壓水含水層。進(jìn)、回風(fēng)立井井筒勘察區(qū)域周邊無沖洪積層、湖積層分布，根據(jù)一號進(jìn)、回風(fēng)立井井筒檢查孔巖性特征及物探測井資料，井筒區(qū)域地下含水層自上而下可劃分為：第四系中更新統(tǒng)黃土孔隙裂隙潛水含水層、基巖頂界風(fēng)化殼裂隙承壓水含水層及侏羅系碎屑巖類裂隙承壓水含水層3個含水層(組)。

第四系中更新統(tǒng)離石組黃土，巖性為灰黃色、黃褐色粉土及粉砂質(zhì)粘土，廣泛分布于井田范圍內(nèi)。根據(jù)本次勘察成果，進(jìn)、回風(fēng)立井井筒區(qū)域內(nèi)黃土層厚度為31.70～47.10 m，系新生界第四系與中生界侏羅系基巖之間相對隔水層。 在基巖段，隔水層巖性主要以侏羅系泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂巖等隔水巖類組成，該隔水巖類整體分布較穩(wěn)定，相比于層間砂巖孔裂隙含水層，隔水性能相對較好。

2.2 地下水補(bǔ)給徑流和排泄條件

根據(jù)本次勘察及以往水文地質(zhì)成果，井筒區(qū)域內(nèi)各主要含水層補(bǔ)給徑流排泄條件分別為：第四系松散層孔隙裂隙潛水含水層的穩(wěn)定水位埋深為25.05 m，穩(wěn)定標(biāo)高為1 254.94 m，補(bǔ)給主要為大氣降水、區(qū)域性側(cè)向補(bǔ)給及沙漠凝結(jié)水補(bǔ)給；基巖頂界風(fēng)化殼裂隙承壓水含水層的穩(wěn)定水位埋深為25.01 m，穩(wěn)定標(biāo)高為1 254.98 m，接受大氣降水間接補(bǔ)給，徑流受基巖頂界風(fēng)化殼的控制，向西北方向的沙漠灘地排泄；侏羅系中統(tǒng)直羅組碎屑巖類裂隙承壓含水層穩(wěn)定水位埋深為26.14 m，穩(wěn)定標(biāo)高為1 253.85 m；侏羅系延安組碎屑巖類裂隙承壓含水層穩(wěn)定水位埋深為28.01 m，穩(wěn)定標(biāo)高為1 251.98 m，在基巖露頭處接受大氣降水補(bǔ)給，局部地段接受上覆含水層的下滲補(bǔ)給?？辈炱陂g正值平水位期，受降雨影響，區(qū)域內(nèi)地下水位年變幅為1.0～3.0 m。

3 疏降水方案

為了更好地保證井筒掘進(jìn)期間，疏降水達(dá)到最好的效果，在分析含水層富水性和井下巷道掘進(jìn)的基礎(chǔ)上，采用地面降水和井下疏水相結(jié)合的方式，最大限度地保證了疏降水效果。

3.1 地面降水

本工程揭露地層主要為第四系粉土、黃土以及侏羅系直羅組風(fēng)化殼?，F(xiàn)場井筒深度為80 m，根據(jù)該場地附近地區(qū)的已有降水經(jīng)驗(yàn)，擬采用管井井點(diǎn)降水方案降低地下水位，即在井筒周圍及坑內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量的管井，由管井統(tǒng)一將地下水抽出，達(dá)到阻截井筒外圍地下水流入井筒的目的，從而滿足井筒施工對降水的要求。

降水方案中將第四系松散層看作潛水含水層，因其底部分布厚度為25.6 m 的風(fēng)化殼，二者存在水力聯(lián)系，故將風(fēng)化殼含水層同樣視為潛水含水層；另外，統(tǒng)一將中粒以上砂巖層當(dāng)作含水層考慮。

根據(jù)井筒周邊水文地質(zhì)條件，周邊無鄰近地表水系，無大型地質(zhì)構(gòu)造分布，將其水文地質(zhì)邊界按照無限分布的均質(zhì)潛水含水層考慮。

含水層厚度：取各分層含水層厚度之和作為本次降水模型計(jì)算取值。

管井深度：根據(jù)設(shè)計(jì)井深深度取值。

水力參數(shù)取值：根據(jù)以往勘察成果，按照加權(quán)平均取值法當(dāng)作本次降水模型的滲透系數(shù)值。

以此為原則，降水模型按照潛水完整井進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，降水設(shè)計(jì)示意如圖1所示。

圖1 地面群孔降水示意Fig.1 Dredging water of ground group boreholes

通過群孔抽水的方式，在掘進(jìn)區(qū)段形成一個大的降落漏斗，有效降低了掘進(jìn)區(qū)域地下水水位，不但顯著提高了巷道掘進(jìn)速度，而且保證了井筒砌碹的施工質(zhì)量，為井筒壁后注漿創(chuàng)造了有力的條件。

3.2 井下疏水

在地面降水方案實(shí)施的同時，為了提高掘進(jìn)速度，在井下與井筒貫通巷道已經(jīng)掘進(jìn)到位的前提下，提出了地面降水和井下疏水相結(jié)合的方式，即：在井筒穿過松散層和基巖風(fēng)化帶后，掘進(jìn)區(qū)段巖石裂隙發(fā)育程度較低，圍巖穩(wěn)定性較高的情況下，從井筒垂直向井下巷道垂直施工一個直徑100 mm的疏水鉆孔，并在井下巷道構(gòu)筑了臨時水倉，同時設(shè)置了多臺排水泵排水，一舉解決了井筒通過直羅組和延安組基巖裂隙承壓含水層時，井筒涌水量增大、注漿效果差、施工速度緩慢等問題。井下疏水鉆孔設(shè)計(jì)示意如圖2所示。

圖2 井下鉆孔疏水示意Fig.2 Drainage of underground boreholes

4 結(jié)語

在杭來灣煤礦進(jìn)、回風(fēng)立井施工過程中，采用地面降水和井下疏水相結(jié)合的方式，科學(xué)、有效地解決了井筒在松散層施工階段和基巖施工階段，井筒涌水這一影響施工質(zhì)量和施工進(jìn)度的難題，保證了井筒按期完成施工，為礦井立井防治水積累了經(jīng)驗(yàn)。