井巷工程中流沙層的治理方法

程嚴毅

（攀鋼集團工程技術有限公司特種工程分公司　四川省　攀枝花市　617000）

井巷工程中流沙層的治理方法

程嚴毅

（攀鋼集團工程技術有限公司特種工程分公司四川省攀枝花市617000）

井巷工程是采礦行業中最為常見的一項工程，其中以煤炭行業最為常見。在井巷工程施工過程中，流沙層是比較常見的一種地質問題。其不僅可能造成施工人員人身安全，還可能造成施工進度停滯。可以說流沙層治理已經成為井巷工程中最為重要的一個環節。本文就井巷工程以及流沙層的基本概念進行論述，簡要分析了井巷工程中流沙層的治理方法，以期提高相關工作的工作成效。

井巷工程；流沙層；治理方法

流沙層一般是在井巷工程的掘進過程中所遭遇的惡劣地形段，由于流沙層的特殊性質，其會給井巷工程施工帶來很大的難度。目前，對于流沙層的治理工作，相關工作者根據多年工作經驗，對不同地質條件的礦井提出了不同的流沙層治理方法，均能在流沙層治理過程中發揮顯著作用。

1　井巷工程及流沙層基本概念

1.1井巷工程的基本概念

井巷工程一般是指在地下建設設計所需的空間結構，并使其能夠維持穩定。井巷工程一般是通過破開巖體，進入或穿過巖石開挖所需工作空間，再通過一系列支護措施保證其穩定性。由此可見，井巷工程的施工與維穩，與實地巖土的理化性質以及力學性質具有密切的關聯，此外還需針對井巷圍巖的具體情況采用適合的支護手段。一般來說，常見的流沙層治理方法主要有打樁法、沉井法、凍結法、加固法以及注漿法等；而常見的井巷支護方法有混凝土支架、金屬支架、錨噴錨桿支護以及其他支護手段。總的來說，井巷工程是以采礦或其他目的在地下進行的井筒、巷道和硐室開掘工程，統稱為井巷工程。對于煤炭行業來說，井巷工程主要包括了礦山建設工程、礦井生產準備工程、礦井延伸工程以及礦井輔助工程等。

1.2流沙層基本概念簡介

流沙層的最大特點就是在壓力或水力的作用下，會呈現出一定的流動性，其主要是指在水環境下顆粒度不超過0.1mm的砂石和其他的細小顆粒混合沙體層。在井巷工程中，如果開掘過程突遇流沙層，處置不恰當的話，流沙層的流沙就會從開掘缺口從流沙層空間流向井巷空間，致使井巷空間被掩埋。嚴重情況下，流沙層流沙流出過多，使流沙層的表層地面出現下沉或陷落，嚴重影響地表建筑安全。如果流沙層中粘土和水的成分較高，就會導致流沙顆粒很小，流動性更強。流沙層的危害主要是因為流沙層中含有水分，在大量水分的作用下，流沙不僅具有很高了流動性，而且能夠給其提供很高的動能，大大增加了流沙的危險性。根據相關資料顯示，在流沙層的含水率降低到15%以下時，流沙層中流沙所承受的壓力大大降低，與普通沙子極其接近，具有很高的穩定性。所以，解決流沙層問題的關鍵就在于降低流沙層中的含水量，降低流沙的危險系數，使其趨于穩定。

2　流沙層疏干方法介紹

2.1流沙層疏干的理論基礎分析

流沙就有較大危險的原因之一就是流沙層中水含量較高，給流沙提供了較大的動能，使其具備了較高的沖擊損傷能力。水含量越高，流沙的沖擊力越大，對井巷施工的影響也就越大；相反，水含量越低，流沙的沖擊力也就越低，對井巷施工的影響就越小。所以對流沙層進行疏干，其核心在于降低流沙層的含水量，只要將其降低到可控水平，就可以使流沙層逐漸趨于穩定，減小其所存在的安全威脅。在對流沙層進行疏干時，最主要的工作就是運用達西定律去掉流沙層中的活性水。流沙層中的活性水流動一般是服從達西定律的，通過達西定律就可以計算出其水流速度，其計算公式為：v=khms/b-1，式中：h為流沙層水柱測量高度；b為過濾材料的厚度；k為過濾系數。其中過濾系數k的決定因素有三個方面：①流沙層流沙的顆粒大小及形狀；②流沙層流沙顆粒比例；③流沙層流沙的深度以及含泥量等。通過流速計算公式計算出水流速度，在據此計算出對流沙層進行疏干時的含水量：q=pv。

2.2井巷工程流沙層治理方案

對于井巷工程的流沙層治理來說，其一般可以分為五個方面，具體如下：

（1）進行超前小管棚施工

治理流沙層的過程中，相關人員應該對破碎松散的巖體進行超前鉆孔，打入小導管，再進行水泥漿液壓注，通過膠凝性的水泥漿液迅速排出流沙層中的水分和空氣，使松散的破碎巖體能夠在短時間內膠結凝化，形成具有一定抗滲阻水和強度性能的固體。在具體的施工過程中，通過對流沙層進行水泥漿注入，使井巷當頭周圍的泥沙可以迅速膠結，形成整體。在巷道的掘進過程中，超前小管棚施工可以在流沙層中形成一個新的井巷空洞。但是對于實際情況來說，泥沙和水泥漿的膠結體在短時間內并不會垮塌，其會發生一定的形變然后達成平衡，在巷道頂部的膠結體破壞之前，就可以利用適合的支護措施對其進行支護。

（2）預埋注漿管

預埋注漿管應該先進行注漿鉆孔，其可以在巷道沿拱頂的輪廓線上均勻選定注漿鉆孔，每個鉆孔的間距保持在1m左右，即每隔1m鉆一個注漿孔，再在每一個注漿孔中預埋好注漿管。在注漿管預埋完成后，應該立即采用一定長度的注漿管，進行注漿效果試驗。一般是用8m長注漿管掘進3～4個注漿循環。如果效果較好，則可以改用5m注漿管進行重復試驗；如果效果較差，則可以適當增加幾個注漿循環。

（3）注漿過程

注漿過程的關鍵在于注漿前期，即在開始階段，需要使用較高濃度的漿液進行注漿，一般水與石灰的用量持平。到注漿后期，則需要降低注漿濃度，水與石灰的比例應該降至3：1的水平。注漿濃度的大小與注漿壓力、裂縫開度都有關系，注漿壓力越大，所需的逐漸濃度就越??；裂縫開度越大，所需的注漿濃度就也越大。除此之外，對于注漿過程應該按照實際要求均勻有序的進行，中途盡量不要發生停頓。

（4）鋼架立模以及布筋

鋼架立模和布筋是在注漿程序完成之后進行的，通過超前小管棚施工和注漿兩個環節的作用，注漿管和水泥漿以及流沙層在巷道輪廓線之外形成了新的穩定結構，能夠使井巷礦道形成一個統一的整體。

（5）壁后注漿

通常而言，壁后注漿應當在巷道頂部預設注漿管，每根注漿管之間的間隔可以維持在4m范圍內，每拱可以預設4～5根注漿管。之所以要進行壁后注漿，是以為內在鋼架混凝土制作時，拱部收口處的混凝土難以達到設計要求，所以需要進行壁厚注漿強化其性能。一般來說注漿達到25kg/m3的水平，就可以停住注漿。

3　流沙層的支護措施探析

3.1選定支護方式

在井巷工程施工遭遇流沙層時，需要進行全封閉式的支護措施。與此同時，為加強巷道強度，需要進行壁后注漿，避免井筒下滑或下沉等事故的出現。在遭遇流沙層時，井巷工程施工的要點在于快速穿過流沙層，因此對其進行支護應該選用快凝型的鋼筋混凝土或是石塊進行支護。為加強支護效果，還可以在井筒的內壁也進行支護措施，以實現全密封的效果，起到防止流沙水損情況發生。

3.2流沙層支護施工分析

對流沙層進行支護時，應該遵循幾個基本原則，即短掘短砌、分布開挖以及分布砌筑等。當流沙層處于緊密穩定狀態時，支護施工應該按照先墻后拱分布砌筑的基本原則進行。在完成側墻的支護施工后，在進行巷道兩側墻體的開挖與砌筑，最后合攏形成一個全封閉整體；當流沙層處在拱基線下方時，又可以采用先拱后墻短段砌筑的方式進行支護施工；當流沙層和拱基線處于同等水平時，一般可以利用超前降水的方法，通過先拱后墻，用鋼筋混凝土打好底梁，在拱形支架的支撐下再打入木樁，短段砌筑進行全封閉施工；當流沙層高于拱基線時，可以用金屬支架對其進行支撐，穿梁過頂打入板樁，將流沙層隔離在拱基線之外。

4　井巷工程流沙層治理施工工藝評價

井巷工程遭遇流沙層會給井巷工程施工造成極大的危害，需要通過一定的治理措施對其進行疏干和支護。一般來說，流沙層治理主要可以從三個方面進行工藝評價：

（1）通過注漿技術，可以使井巷工程中的流沙層從不穩定的狀態逐步轉邊為穩定狀態，可以大幅提升井巷的安全系數，是井巷施工得到足夠的保障，還可以節省施工成本，降低相關的維護費用。

（2）在注漿之后，井巷工程中遇到的流沙層，其整體性并沒有被破壞，而是與混凝土以及槽鋼鋼架進行了配合，形成了牢固穩定的支護結構，為井巷工程提供一個封閉結實的支護平衡結構。

（3）對流沙層采取超前小導管的棚預支護、周邊挖掘以及拱架前期支護，在提高流沙層穩定性的同時，不會使流沙向周邊擴散，可以有效降低流沙層對井巷周圍巖層產生的擾動。總的來說，通過對流沙層注漿，排除其存在的水分和空氣，使其固結成一個整體，具備良好的穩定新和力學性能，可以與其他結構一起轉變為支護結構。

5　結束語

在井巷工程施工中，對于流沙層的治理一般分為疏干排水和支護兩個方面。通過對流沙層進行排水，降低其內部水位，減小流沙所承受的壓力，增強流沙的穩定性。在此基礎上與支護措施進行配合，實現對巷道的全封閉支護，保證施工能夠快速穿過流沙層，提升井巷工程施工進度與質量。

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TD262

A

1673-0038（2015）21-0187-02

2015-5-6

程嚴毅（1983-），男，云南威信人，初級工程師，從事礦山建設工作。