西北部礦井施工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題探討

王璟玥+王平

摘要：我國(guó)西北部涌現(xiàn)出一大批新建煤礦，但由于西北部地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度很大。文章以西部礦井核桃煤礦回風(fēng)井井筒施工為例，通過(guò)對(duì)西部特殊的水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，闡述了西部礦井在施工過(guò)程中的幾點(diǎn)體會(huì)，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：西部礦井；特殊地質(zhì)條件；井筒工程；煤層；瓦斯；水文地質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD727文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2014）21-0119-02

1概述

近年來(lái)在我國(guó)西北部煤炭，從淺部煤層逐步向深層開(kāi)發(fā)，涌現(xiàn)出一大批新建礦區(qū)。但是西北部地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，主要以軟巖、礫石層為主，尤其要穿過(guò)厚達(dá)數(shù)百米的白堊系地層，含水層較多且富水性大。下面以核桃煤礦回風(fēng)井井筒施工為例，就最近幾年我單位施工西部在建礦井施工中遇到的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討。

2工程概況及設(shè)計(jì)特征

核桃峪礦井井田位于甘肅正寧縣西南部，行政區(qū)劃屬正寧縣宮河、周家鄉(xiāng)和寧縣中村鄉(xiāng)管轄。井田采用主斜井、副立井、回風(fēng)立井綜合開(kāi)拓方式，礦井初期投產(chǎn)時(shí)共布置三個(gè)井筒，回風(fēng)立井井筒凈直徑Φ7m、井深972m，表土段、風(fēng)化基巖段及基巖段均采用普通法施工，后因水量過(guò)大，造成無(wú)法施工，改為凍結(jié)法施工。

3地質(zhì)水文情況

3.1井筒工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告、地質(zhì)柱狀圖及相關(guān)資料，井筒鉆孔自上而下穿越的地層自老而新有三疊系、侏羅系、白堊系和第四系。（1）三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)群平均揭露厚度16.65m，巖性為灰綠色、灰黑色細(xì)粒砂巖及粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，泥巖、煤線(xiàn)等，水平互層層理發(fā)育，局部微波狀層理、脈狀層理，產(chǎn)新蘆木等植物化石碎片。（2）侏羅系地層包括下侏羅統(tǒng)富縣組、中侏羅統(tǒng)延安組、直羅組和安定組。

3.2煤層與瓦斯

本井田為延安組含煤地層，主要有8煤、7煤、6煤、5煤、4煤、3煤、2煤，其中8煤、5煤、4煤是本井田含煤地層中最主要含煤巖段。本區(qū)主要可采煤層瓦斯總含量均小于5ml/g可燃質(zhì)，屬低瓦斯煤層，礦井按照高瓦斯礦井施工管理。

3.3水文地質(zhì)

勘查區(qū)位于隴東含水盆地的南部，是隴東含水盆地的一部分。水文地質(zhì)條件、類(lèi)型和區(qū)域情況類(lèi)同。根據(jù)區(qū)內(nèi)自然條件和含、隔水層的賦存情況，地下水分為第四系松散巖類(lèi)孔隙、裂隙潛水和前第四系碎屑巖類(lèi)裂隙承壓水兩大類(lèi)。

勘查區(qū)內(nèi)8煤層頂板以上主要為白堊系洛河、宜君組含水層、侏羅系直羅組、延安組含水層。回風(fēng)立井井筒施工過(guò)程中，可能出現(xiàn)的最大涌水在白堊系洛河組含水層底部（深度800～830m），最大涌水量72m3/h。

4工程實(shí)施情況

4.1核桃峪回風(fēng)井

核桃峪煤礦回風(fēng)井2009年5月份試挖，11月份井筒掘進(jìn)深度至418.3m迎頭揭露巖層為相對(duì)隔水的砂質(zhì)泥巖，根據(jù)風(fēng)井井筒預(yù)想柱狀圖，距目前迎頭12m左右將揭露到洛河組含水層（井深430m位置）。

根據(jù)副井探水情況，在段高50m范圍，掘進(jìn)時(shí)涌水量將超過(guò)200m3/h，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，需要對(duì)該段進(jìn)行工作面預(yù)注漿處理，效果甚微。2010年2月4日～3月8日進(jìn)行風(fēng)井第一段高（設(shè)計(jì)注漿段高424～479m段，55m）預(yù)注化學(xué)槳施工。共完成注漿孔51個(gè)，化學(xué)漿注入量接近500t。根據(jù)掘井工作面揭露水量在10m3/h以下，在預(yù)期控制范圍之內(nèi)。

2010年4～5月進(jìn)行第二段高預(yù)注化學(xué)槳施工。本次注漿段高設(shè)計(jì)為50m，為井深442.7（含混凝土澆筑層）～497.7m范圍；掘進(jìn)段高40m，預(yù)留10m為下一段止?jié){巖蝐。實(shí)際掘進(jìn)至460m，涌水量較大。以后進(jìn)行多次復(fù)注效果不明顯。期間嘗試進(jìn)行注超細(xì)水泥，仍未

成功。

2010年12月進(jìn)行凍結(jié)施工。2012年3月具備復(fù)工條件，2012年7月井筒到底（985m）。施工期間出水較小，對(duì)施工影響不大。

4.2塔然高勒主井

塔然高勒礦井主井于2007年6月18日開(kāi)工，采用普通鑿井法施工，該井在施工過(guò)程中實(shí)際水文地質(zhì)情況與地質(zhì)報(bào)告提供的資料相差甚大。2007年9月30日施工至245m時(shí)，遇到較弱的砂質(zhì)泥巖及流砂并含水；含水層涌水量為32.5m3/h，支護(hù)極其困難，10月份由于其他原因停工。2008年3月15日復(fù)工，開(kāi)始排水，4月份利用1.2m小段高掘砌，采用板樁法施工，超前小井降水，當(dāng)時(shí)月進(jìn)度26.5m。2008年9月份施工至488m，估計(jì)有含水層，經(jīng)打鉆探孔當(dāng)時(shí)單孔涌水量83m3/h，工作面停止掘進(jìn)，進(jìn)行澆筑止?jié){墊。施工時(shí)先采用水泥單液漿，后使用雙液漿，最后用化學(xué)漿馬麗散E注漿。治水效果仍不明顯。后經(jīng)專(zhuān)家多次論證，采用特殊鑿井凍結(jié)法施工。2009年1月打鉆，5月開(kāi)始凍結(jié)。至8月份試排水，排水后水的上漲速率較快，預(yù)計(jì)凍結(jié)還沒(méi)有完全交圈，繼續(xù)凍結(jié)至9月20日，進(jìn)行排水。扣除停工5個(gè)月和正常打鉆凍結(jié)9個(gè)月，平均月成井48m/月，預(yù)計(jì)工期比原計(jì)劃延期達(dá)一年之久。

5施工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題探討

5.1開(kāi)拓方式

隨著西北部開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，現(xiàn)代化大型礦井、深部煤層開(kāi)發(fā)越來(lái)越多，礦井由原來(lái)以平硐和斜井開(kāi)拓為主，現(xiàn)多采用平硐、斜井與立井混合開(kāi)拓方式。

5.2施工方法

我國(guó)西部地區(qū)以基巖為主的礦井，多為白堊系、侏羅系巖層。在白堊系地層中，因其地層大都為砂，泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)松散，空隙不發(fā)育，裂隙溝通性差，加之巖石具有強(qiáng)度低、遇水軟化的特點(diǎn)，在注漿時(shí)巖層裂隙在水及漿液的作用下易被軟化的巖粉阻塞，極大地限制了漿液的擴(kuò)散范圍，使注漿帷幕不能很好形成，從而使注漿不能起到很好的作用，達(dá)不到封水的目的。

鑒于西部地區(qū)新建礦井特殊的地質(zhì)特征，對(duì)白堊系及侏羅系煤系地層，巖石松軟、含水大的特點(diǎn)，選擇施工方案時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮凍結(jié)法施工。

5.3井壁結(jié)構(gòu)

凍結(jié)井井壁結(jié)構(gòu)最主要的設(shè)計(jì)依據(jù)是井筒水文與工程地質(zhì)條件、凍結(jié)壓力、井筒深度及其幾何尺寸等。對(duì)西部地區(qū)以?xún)鼋Y(jié)白堊系、侏羅系為主的立井，其井壁設(shè)計(jì)主要問(wèn)題是凍結(jié)壓力的確定。

通過(guò)上述幾對(duì)礦井的施工，根據(jù)西部地區(qū)的特殊地層，建議采用雙層鋼筋混凝土復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)、外層井壁壁厚的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)充分考慮該地區(qū)的巖性特點(diǎn)，針對(duì)其特殊性選擇符合該地區(qū)合理的技術(shù)

參數(shù)。

6體會(huì)

通過(guò)對(duì)西部礦井施工中遇到的實(shí)際情況，主要體會(huì)有以下幾點(diǎn)：（1）西部白堊系地層含水量較大時(shí)，采用凍結(jié)法施工是確保工程安全順利進(jìn)行的可靠方案。（2）建議地質(zhì)勘探隊(duì)在施工井筒地質(zhì)檢查孔時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)在施工的井筒內(nèi)，否則有可能造成與實(shí)際井筒地質(zhì)發(fā)生偏差，施工前難以確定最佳的施工方案，特別是對(duì)普通法施工的礦井可能會(huì)帶來(lái)不可預(yù)料的后果。（3）勘探單位提供的地質(zhì)資料，特別是水文地質(zhì)資料與實(shí)際揭露情況出入較大，因此對(duì)含水層和涌水量的預(yù)測(cè)手段要提高，確保資料的準(zhǔn)確可靠，為設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)。（4）由于西部在軟巖凍結(jié)與中、東部地區(qū)風(fēng)化基巖凍結(jié)大不一樣，在凍結(jié)設(shè)計(jì)中不宜采取差異凍結(jié)，凍結(jié)管直徑應(yīng)適當(dāng)加大，而凍結(jié)孔布置圈徑要適當(dāng)減小，應(yīng)和中、東部地區(qū)的凍結(jié)一樣重視，以保證凍結(jié)壁厚度和強(qiáng)度滿(mǎn)足掘砌施工要求，防止出現(xiàn)中下部?jī)鼋Y(jié)滿(mǎn)足不了掘砌施工需要而停工再凍結(jié)的情況。（5）在平硐和斜井施工中遇到軟巖時(shí)，可以采用小型挖掘機(jī)、綜掘機(jī)掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)，減少傳統(tǒng)的放炮掘進(jìn)方式作業(yè)，并減少了對(duì)圍巖的破壞力；運(yùn)輸作業(yè)可打破常規(guī)的使用耙矸機(jī)、礦車(chē)、汽車(chē)運(yùn)輸方式；而采用大皮帶大鏈板機(jī)出矸和改制的小型防爆汽車(chē)下料運(yùn)輸方式，不僅安全可靠，運(yùn)輸能力大、速度快，且成本

較低。

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