對淮南礦區凍結井水文孔不溢水問題的探討

張步俊

(中煤第五建設有限責任公司第三工程處，江蘇徐州 221000)

1 概述

立井凍結水文孔的溢水與否是凍結壁是否交圈和井筒是否具備開挖條件的標志。工程實踐中，經常出現水文孔不溢水或推遲溢水等情況，影響井筒開挖決策和施工工期安排。探討和分析水文孔不溢水問題，對立井凍結工程具有十分重要的現實意義。

淮南礦區立井井筒施工絕大多數采用了凍結法，30多年共計施工凍結井筒45個，最大凍結深度560 m，累計凍結長度超過15 km，可以說，淮南礦區的深立井凍結技術是我國凍結法鑿井發展歷程中的“濃妝彩墨”。在淮南礦區已施工的凍結井中，凍結水文孔不溢水或推遲溢水等井筒不在少數，本文通過總結水文孔不溢水問題的原因，著重分析和探討淮南礦區水文孔不溢水問題，以此提出在淮南礦區進行凍結水文孔設計與凍結施工的一些建議。

2 對水文孔不溢水問題的原因分析與檢測

水文孔不溢水可以歸結為:自身原因和外部影響原因?？偨Y大量工程中出現的情況，可以將水文孔不溢水或推遲溢水問題的主要原因歸結如下:

水文孔不溢水的原因:

1)水文孔花管過濾位置錯誤或受現場施工影響造成花管位置阻塞。

2)水文孔固管不嚴實造成凍脹水不從管內溢出，而從管外壁或井筒周邊其他裂隙通道溢出。

3)水文孔自身或焊接質量問題。

水文孔推遲溢水的原因:

1)凍結站供冷量不足。

2)水文孔單孔多含多層或單含多層的報道引起以水文孔為通道的地下水串流。

3)凍結孔相鄰孔間距過大。

4)凍結井筒周邊地下水的走向與水勢影響。

5)其他原因，如:井筒直徑、地層含水率、地溫、地層鹽水等。

3 淮南礦區凍結井水文孔溢水情況分析

表1列舉了淮南礦區部分凍結井水文孔不溢水或推遲溢水等情況。

表1 淮南礦區近年來部分井筒水文孔報道情況

通過分析，可以將主要原因歸結為:

1)采用單孔多含多層報道或單含多層報道形式是水文孔推遲溢水的主要原因。由于各含水層之間承壓水頭不同或凍結孔偏斜差異導致各含水層交圈時間不一樣，易引起以水文孔為通道的地下水穿流現象。如:顧北礦副井采用1個水文孔同時報道2含和3含砂層，水文孔溢水滯后20 d;朱集礦副井2號水文孔報道2含砂層多達9層，謝橋礦二副井2含報道砂層7層，報道層位過多極易造成地下水的穿流引起凍結壁難以交圈。

2)地下水流速過快:淮南礦區大多數礦井取水源在表土第一含水層，若水源井在水流下方或工廠區域抽水量過大都會引起地下水流速度加快，影響凍結壁交圈。同時，當原始地層受到外界擾動時，地下活動水水勢將發生極大改變，也會影響凍結壁的交圈。如:顧橋礦南區進風井在水流下方設有2個水源井作為工廠取水源，造成2含和3含都溢水后1含還未冒水，后將水源井停用后5 d水文孔即溢水。潘三新西風井凍結井距離原老風井僅60 m，受原西風井地層擾動的影響，2含280 m段存在流速較快的地下活動水影響了凍結壁交圈時間。

3)井筒凍結深度深、井筒直徑大:井筒凍結深度深，地溫就高，凍結鉆孔偏斜就大，地層需冷量大，凍結壁交圈時間就會延長;井筒直徑越大，凍結壁對井筒內部地下水的擠壓時間越長，水文孔溢水時間也會延長。如:丁集礦副井凍結深度565 m，井筒凈直徑8.0 m，水文孔溢水時間比理想的設計時間推遲34 d;丁集礦風井受主圈Z1孔～Z50孔間距過大的影響造成495 m處難以交圈，水文孔溢水時間推遲。

4 對淮南礦區凍結井水文孔設計工藝與凍結工程施工建議

通過分析和探討淮南礦區水文孔不溢水問題的原因，在淮南礦區進行凍結水文孔設計與凍結施工應注意以下幾點:

1)水文孔設計不宜采用單孔多含混合報道，在采用單含多層報道時，同一含水層報道層位不宜超過5組，且應選取含水率較大的砂層設置花管，固管要嚴實。

2)井筒積極凍結期開始至井筒試挖階段，井筒水流下游水源井需要停用，新打鉆的水源井應布置在井筒水流上方，且應遠離井筒超過30 m為宜。

3)大直徑、大凍深和受地層擾動過大的凍結井中，受地層的隱蔽性、鉆孔偏斜的難控性、地下水勢不確定性等諸多復雜因素的影響，實際凍結壁交圈時間往往滯后設計工期的要求，進行凍結方案設計時應予以考慮。

4)對于淮南潘謝礦區的淺層流砂帶，應該設置水文孔進行凍結壁交圈報道。

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