斜井井筒過弱膠結含水粉砂層的施工方法探討

宋發銀 SONG Fa-yin

（神華寧夏煤業集團公司雙馬煤礦，吳忠 751100）

（Shuangma Coal Mine，Shenhua Ningxia Coal Industry Group，Wuzhong 751100，China）

0 引言

雙馬煤礦位于靈武市馬家灘鎮境內，是馬家灘礦區4對礦井中最大的一對，2009年10月份開工建設，井筒為斜井布置方式，施工過程中穿表土層及第四系巖層，容易出現垮塌、冒頂等現象，井筒施工進度緩慢，安全風險大，為確保礦井正常建設，經專業技術人員多方研究探討，提出了井筒過弱膠結含水粉砂層的快速施工方法，提高井筒施工的安全性，縮短了施工工期。

1 工程概況

雙馬煤礦采用斜井開拓，共布置3條井筒，即主斜井、緩坡副斜井、回風斜井。工程地質及水文地質：表土層較厚，第四系（Q）全區分布，其巖性以黃褐色風積砂、粉土、粉砂、粉質粘土為主，可塑、飽和、粘手，第四系厚度0～45m，一般20m左右。第三系（N）：巖性以紫紅色粘土、粉土為主，地層厚度一般20m左右。基巖段以粉砂巖、泥巖、細砂巖、粗砂巖為主。主、副井于2010年10月20日進入暗槽表土段（第四系）施工，在垂深15m～26m和43m～48m之間分別存在一層弱膠結含水粉砂層（流沙），該層膠結松散，承載性和穩定性極差，井筒施工至此位置時井筒兩幫側壁及端頭滲水夾裹泥砂流出，土層隨即出現垮塌，易造成漏冒頂現象。

2 井筒施工方法

由于井筒穿越弱膠結含水粉砂層施工采用常規開挖方式容易出現流砂而導致漏冒頂事故，經過礦工程技術人員仔細探討、論證、比較，采用了地面輔助降水，掘進迎頭管棚超前支護，臺階法施工，底反拱施工緊跟迎頭的施工方法，并在出現小范圍流沙造成的漏頂時提前采取注瑞米加固、充填材料，對頂板進行加固，之后采取上述方法施工通過流砂層區。

2.1 降水井布置 在井筒掘進前方兩側按三花型布置降水井，間、排距5m，降水井深30m～45m，降水井濾水管采用內徑Ф350mm，外徑Ф420mm的無砂水泥濾管，每口降水井內安裝一臺0.75～1.5kW水泵進行抽水，當水位已達到設計降水深度，并趨于穩定后安排進行井筒施工。

2.2 管棚（管樁）施工 在井筒兩側沿井筒邊（管樁中心距井筒邊200mm）從地面各布置一排鋼管樁（在地面用鉆機打一深孔，將φ108mm×11m鋼管下到下面，形成一鋼管樁），管樁間距600mm，深入設計井筒底板以下2m，形成鋼管樁帷幕，起到對井筒進行維護作用。

井下施工過程中先將2.5寸×2.5m的圓鋼管沿巷道外沿輪敦線直接打入迎頭粉砂層中，打設范圍拱部，間距300mm，流砂層處可加密，作為超前臨時支護，然后采用人工配合風鎬進行開挖，開挖過程中對兩幫有可能垮塌的幫進行背板背幫。

圖1 管棚支護示意圖

2.3 開挖方式 采用人工配合風鎬進行開挖，臺階法施工。短掘短支作業，巷道每循環進度必須控制在600mm。掘夠2個循環1.2m后，再進行下一次管棚支護。

2.4 巷道支護 迎頭挖夠一個循環后，迅速掛網（網寬600mm），噴射50mm厚砼，作為臨時支護。然后進行巷道底板處理，采用灰拌料、片石進行底板鋪墊，形成穩定底板，底板處理速度要快。架設29#“U”型鋼拱架，間距600mm；必要時對鋼拱架柱腿穿鞋，增加其穩定性。進行第二次射砼支護150mm厚，再掛一次網，再噴砼100mm厚，最后形成巷道永久支護300mm厚。

2.5 底板處理方法 為保證底板穩定，在井筒開挖形成臨時支護后及時對底板進行處理，先是用片石和灰拌料鋪墊，待U型鋼支架架設好后安設U型鋼支架反底拱，并在底板鋪設鋼筋，澆筑砼，形成300mm厚鋼筋砼反拱。

3 工程施工管理

井筒施工采用“三八制”勞動組織，施工期間為減小巷道頂幫空頂空幫時間，要求各工序環節必須緊湊，工序操作必須嚴格按要求執行。

3.1 縮小循環作業進度為0.6m 嚴格控制循環進度，不得超循環進度作業，現場要求開挖達到0.6m后及時安排進行臨時支護。

3.2 超前打設密集管棚（0.6m）進行控頂控幫 每班在開挖前必須超前沿巷道輪廓線打設管棚進行控頂控幫，管棚間距0.3m，超前距離不小于0.6m。必要時沿巷道底板方向打設超前管樁。

3.3 開挖0.6m后立即架設29#“U”型鋼支架 現場開挖后先掛網，噴射50m砂漿進行護頂護幫，并對底板進行處理。之后架設29#“U”型鋼支架，掛外層鋼筋網并噴漿，形成永久支護。

3.4 及時對底板進行處理，對軟底進行清理，換填砂漿片石，之后安設反拱，底反拱到迎頭不超過兩架。

3.5 根據巷道施工進度及時安排砼地坪施工 井筒向前施工一般20m～30m即安排地坪施工，以保證巷道支護形成一個整體，提高支護強度。

4 結語

通過對井筒過弱膠結含水層粉砂巖層施工方法及施工管理進行探討，取得了如下經驗和體會，為井巷安全施工提供有利的保證。①在井筒對應的地表位置布置降水井進行降水，有效地降低了井下涌水對圍巖穩定性的破壞。②超前打設全斷面管棚，對頂幫做到有效控制，減小漏冒頂現象的發生。③改變作業形式，采用短掘短支，減小了因空頂距離大而出現的漏冒頂事故。④采用了先進的支護加固方式，對出現漏冒頂的地方進行注瑞米加固、充填材料，有效地控制頂板，防止了冒頂范圍的進一步擴大。⑤采用臺階法施工，縮小圍巖松動變形空間，也是減少漏冒頂事故的有效措施。⑥對巷道底板軟巖進行清理，換填砂漿片石，安設29#“U”型底反拱，對巷道底板進行加固處理后有效地防止了支護整體下沉現象。

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