立井穿過富含水采空區施工技術

魏忠誠

1 工程概況

1.1 井筒設計概況

和成煤礦采用立井單水平上下山開拓。副井井筒平面坐標X=3 826 070.000;Y=38 461 100.00;Z=+204.5。井筒設計深度509.5 m。凈直徑φ=6.0 m，凈斷面積 S凈=28.3 m2。表土及風化帶段:井深70.5 m(包括鋼筋混凝土壁座一個)，井壁厚度550 mm，掘進斷面 S掘=39.6 m2，素混凝土強度等級 C30?；鶐r段:井壁厚度450 mm，掘進斷面37.4 m2，素混凝土強度等級C30。

1.2 水文地質概況

根據副井檢查孔提供地層及采空區資料。在主井檢查孔中對第四系、新近系、二疊系上石盒子組上部風化帶進行了混合抽水試驗，富水性弱，具有弱承壓性。二疊系上統上石盒子組砂巖含水層抽水試驗，在七4煤上部，巖心破碎，孔內曾發生大量漏水(為七4煤采空區)。按照七4煤采區布置圖計算，水量達到60萬m3。

2 施工方案的確定

從井筒檢查孔提供的資料看，采空區已經塌落。按照巖層開裂的程度，導水裂縫帶又可分為4個區，即冒落性破壞區、嚴重開裂區、一般開裂區和微小開裂區。

和成煤礦采空區覆巖大部分為泥巖，根據檢查鉆孔揭露的覆巖情況和實際需求，為施工安全，將覆巖破壞高度定為49.67 m。

1)方案確定。采取先注漿封水后短段掘砌;工作面預注漿與預留巖帽注漿相結合方式;預注漿將冒落區和采空區大的裂隙進行充填，預留巖帽則將工作面細小的裂隙第二次充填。2)優化設計。原設計井壁厚度0.45 m，C30素混凝土，滿足不了要求;經過論證，優化為雙層復合井壁(內層為單層鋼筋混凝土)，強度C35。

3 施工技術

3.1 注漿設計

1)注漿鉆孔的布置參數。a.注漿孔數。注漿孔的孔數按下式計算:N=π(D-2A)/L。計算得 N=8.3，取 8個(見圖 1)。b.徑向傾角 。α=tg-1(S+A)/H 。計算得:α=5°。

2)復合型止漿墊。a.混凝土止漿墊厚度計算:根據平底型止漿墊公式:Bn=P0r/[σ]。計算得混凝土止漿墊厚度 Bn=0.82 m～1.02 m，止漿墊厚度取1.5 m(見圖2)。b.設濾水層。止漿墊混凝土施工前需鋪設碎石濾水層，以便在維持排水條件下砌筑混凝土，保證止漿墊混凝土施工質量。濾水層厚度計算:A=tq/3.14βr2+0.25。計算得A=0.8 m。濾水層內埋設一個鋼板加工的濾水桶，濾水桶尺寸為直徑0.55 m，周圈鉆出10 mm～20 mm的濾水孔，頂部焊接一個特殊加工的法蘭盤，桶蓋上安裝一個φ 108 mm，10 kg以上的高壓閘閥。

3)埋設孔口管。先將矸石面找平，開始按照設計位置布置孔口管，并固定牢固，然后按設計敷設0.8 m厚的碎石濾水層，止漿墊混凝土澆灌7 d后，掃掉孔口管內水泥砂漿并試壓1.5倍靜水壓力，不漏即為合格，否則，注雙液漿加固孔口管直至合格為止。

4)墊混凝土澆筑。為防止止漿墊混凝土與井壁間漏水露漿，要求止漿墊與井壁重疊0.7 m，且在重疊段將井壁周圈用風鎬鑿成麻面。止漿墊澆灌混凝土之前，先在碎石面上均勻鋪設一層紅磚，在紅磚上面鋪兩層風筒布，止漿墊混凝土就直接澆灌在風筒布上面。同時將散水集中在濾水桶內，防止稀釋混凝土?；炷翝仓捎镁彩┕さ牡孛婊炷僚渲?，經混凝土輸料管澆筑。澆筑要連續施工，加強振搗，加NC-4混凝土早強減水劑，摻量為水泥重量的4%。

5)墊濾水層注漿。混凝土止漿墊養護7 d，開始對碎石濾水層和矸石層注單液水泥漿，即采用注漿泵通過孔口管或φ 50 mm無縫鋼管對濾水層注漿，注漿壓力為3 MPa。

6)巖帽加固、試壓。碎石濾水層注漿結束后，采用潛孔鉆機將注漿鉆孔鉆進超出注漿孔口管底口0.5 m，然后注單液水泥漿加固，直至注漿壓力達到2倍靜水壓力。

7)注漿孔的施工。注漿孔采用一臺KQJ-100B型潛孔鉆機，配φ 50 mm 鉆桿、90 mm沖擊鉆頭施工，鉆孔孔徑90 mm，用清水作循環液。在打鉆進入含水層之前，要在注漿孔口管上安設φ 100 mm高壓球閥，以防鉆孔時含水層突水造成淹井事故。

3.2 井筒掘砌

3.2.1 外壁施工

1)打探眼:a.使用5 m長釬子桿打眼，無水后掘進 2 m;b.井深70 m～80 m打3個探眼;井深80 m～90 m打至少4個探眼。2)掘鑿時，盡量采用風鎬破巖。當風鎬挖不動的情況下可采用放震動炮:a.炮眼深度1.1 m。b.放震動炮時一次裝藥量不準超過12 kg。3)下掘段高的確定:a.井深70 m～80 m，一次完成。b.井深78 m～91 m，外壁掘砌采用段高1.0 m。c.井深91 m～92 m，內外壁連成一體，自下而上套內壁。4)砌壁:采用金屬組合式模板，一節21塊，每塊之間使用φ 18螺栓連接。澆筑混凝土時，采用對稱式澆筑，防止模板移動，一次澆筑混凝土厚度不超過200 mm。同時使用電動振動棒振搗，增加混凝土的和易性和密實性，保證混凝土的內在質量和表面質量。

3.2.2 內壁施工

1)綁扎鋼筋。將豎筋和環筋均加工成4.5 m長，環筋按照設計圓弧加工，豎筋和環筋采用搭接方式綁扎，搭接長度35d。第一節鋼筋底部豎筋預留搭接長度。

2)模板施工工藝。使用井筒模板作內壁模板使用，段高為3 800 mm，混凝土澆筑一節后停止，將模板提起，邊提邊綁扎鋼筋。依次循環將內壁施工完。

3)混凝土施工。按照實驗室提供的C35混凝土配合比進行配制，嚴格控制水灰比。保證模板提起后混凝土不能發生變形。采取分層對稱澆筑，每層厚度300 mm，并設專人用振動棒進行振搗。澆筑工作不需很快，但必須保證連續澆筑。

4 井壁監測

1)由于采空區覆巖破碎帶的特殊性，外井壁與破碎帶間的摩擦力很小，為防止施工過程中井筒出現裂縫或滑落，在破碎帶以上井筒中埋設拉應力計，用來檢測施工中井筒應力、應變情況。2)在采空區覆巖破碎帶中含有一層砂巖，其上下方泥巖的破碎程度、力學性質可能不同。因此在泥巖與采空區位置的井筒中分別埋設一層檢測儀器，可以比較全面的了解井筒應力、應變發展規律。3)監測系統。在井筒內每個測試水平上安裝專門制作的電纜接線盒，應變計與壓力盒用 HR 10×1型電纜與KVV22-24×1型電纜相聯結，再將3個監測水平的3組KVV22-24×1型電纜引到井筒梯子間后匯集到SS-Ⅱ型臺式數字鋼弦頻率接收儀，然后通過人工讀取監測數據，進行數據整理。4)壓力傳感器布置:每一測層埋設8個壓力傳感器，沿井筒斷面均勻布置。

5 施工效果及體會

隨著煤礦建設的發展，立井穿過采空區設計很多，施工方法多種多樣，本文介紹的采取注漿加固方案比較可行，工藝簡單，便于操作。配合井壁壓力檢測手段，確保井筒安全。

2005年9月施工完，經過多年生產使用，質量好，鋼筋混凝土井壁沒有發生開裂，透水滲水現象。

[1] 吁 磊，蔡官民，鄒循華.淺析地下工程防水綜合技術[J].山西建筑，2008，34(18):133-134.