超化礦立井井筒過富水突出厚煤層施工技術

馮 銳，梁 勇

（1.鄭州煤炭工業（集團）有限責任公司 項目建設部，河南 鄭州454000；2.煤炭工業鄭州礦區建設工程質量監督站，河南 鄭州454000）

1 工程概況

鄭煤集團超化礦31風井設計井口標高＋183.50m，井筒落底標高－247.37m，井筒凈直徑4m，井筒深435m，其中基巖段深388.87m，根據井筒地質情況，掘進至標高－228.5m（巖層累深412m），時將揭露二1煤層，煤層傾角16°，垂直厚度為14.8m，絕對瓦斯涌出量48.12m3／t，相對瓦斯涌出量12.60m3／t，瓦斯含量較大，煤質較軟，該區域煤層具有突出危險性。根據實揭地質資料，井筒穿過細、中、粗粒砂巖及石灰巖L7、L8等。井筒最大涌水量72 m3／h。煤壁受淋水影響后穩定性差，支護難度大，煤層上下煤巖交接處水平剪力大，易造成井筒剪切破壞。

2 支護困難原因分析

1）由于前期沒有進行壁后注漿，幫部淋水較大，若不治理淋水易使已施工井壁脫落，影響工程質量和施工安全。

2）煤層厚度大，煤質較軟，瓦斯含量高，且具有突出危險性，施工困難大，易發生煤與瓦斯突出事故。

3）目前支護工藝在厚煤層段施工很難達到設計支護強度要求，端頭錨索、錨桿沒有著力點，若臨時支護措施不當易片幫、煤層段已施工井壁脫落，支護效果差。

4）煤巖交接處受水平剪應力較大，若支護強度不夠，井筒易因煤體水平位移發生剪切破壞。

3 施工期間井筒水害治理

由于井筒底部已施工31總回風巷，為加快施工進度，改善作業環境，井筒掘砌前在井筒中心提前施工定位鉆孔，一是當做井檢孔使用，二是當做井筒施工期間的泄水孔，將井筒水直接泄到井底31總回風巷水溝，進入礦井永久排水系統，徹底解決井筒掘砌期間井筒涌水及井幫淋水問題。鉆孔終孔后下入139.7×7.72的通天套管，凡井檢孔預測有涌水的含水層部位設計為篩管，井筒內上口設置過濾網帽防止堵塞。

4 瓦斯探測

主要利用超前注漿管棚＋井圈作為超前臨時支護，在煤層頂底板煤巖交接處附近提高井圈的布置密度，井圈間距縮小為0.8m，利用Ф25螺紋鋼筋將井圈連接成整體，利用超前注漿小導管對煤體進行注漿固結，增加煤層穩定性，有效阻止煤壁出現片幫現象。一次支護采用錨網噴，必要時增加錨索支護，錨桿采用全長錨固，錨索錨固長度盡可能增大。二次支護采用鋼筋混凝土澆筑，鋼筋型號及混凝土厚度及混凝土標號要加大，采用兩掘一澆。煤巖交接處為水平應力集中區，應加大混凝土標號，同時增加鋼筋配置型號和數量。煤層頂底板煤巖交接處加強支護段上下要嵌入頂底板基巖3m以上，以保證井筒整體強度。

1）對煤體利用29U槽鋼井圈＋Ф42mm注漿超前小導管（注漿小導管制作工藝見圖1）作為超前臨時支護。注漿壓力不高于1.5MPa，注漿材料采用425號普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1。注漿加固必須等噴射混凝土強度達到設計值的70%后進行。漿液中摻加高效早強劑，注漿壓力根據實際情況確定。超前小導管長度3.0m，循環進尺2.0m，循環搭接1m（見圖2）。

圖1 超前注漿導管加工示意

圖2 超前注漿管棚及井圈布置

2）井圈＋注漿超前小導管＋注漿工序施工完成后，在上述臨時支護的掩護下利用手鎬進行井筒開挖。開挖采用短掘短支，防止片幫。一次支護采用Ф22mm×2.5m高強螺紋鋼樹脂錨桿，全長錨固，錨桿扭矩不低于200N·m。錨桿施工要及時，盡可能阻止松動圈進一步擴大。采用6mm×100mm×100mm雙層鋼筋網片，網片大小為1.5m×1m，網片搭接10cm，利用鋼絲將網片連接成整體。

3）不定時對錨桿螺母進行二次緊固，等基本穩定后開始噴漿，噴層不宜過厚，只要覆蓋封閉即可，必要時增加錨索支護。由于煤層是傾斜的，盡可能使錨索端頭嵌入基巖，嵌入基巖的采用端頭錨固，未能嵌入基巖的要加大錨固長度，盡可能全長錨固，以提高錨固效果，減少煤層松動范圍。

4）二次支護采用600mm厚鋼筋混凝土支護，混凝土標號C30。在煤層頂底板煤巖交接處4m范圍內采用C40混凝土，C40混凝土井壁要嵌入頂底板基巖內3m左右，以提高井壁整體強度。豎向雙層鋼筋采用Ф22螺紋鋼筋，間距為20cm。環線雙層鋼筋采用Ф18螺紋鋼筋，間距為20cm。環向連接采用普通搭接，豎向筋連接采用螺母機械連接，搭接點杜絕在同一截面。構造筋采用Ф12圓鋼，呈梅花狀布置，澆筑循環進尺為2m。

5）鋼筋混凝土施工時要預埋Ф42mm注漿管，長度要達到一次、二次支護之間為準，方便進行以后的壁后充填注漿。等鋼筋混凝土井壁澆筑完成后，鋼筋混凝土強度達到設計值的70%以后，開始利用預埋注漿孔對井壁進行壁后充填注漿加固。

5 施工中應注意事項

1）揭煤期間要牢固樹立“安全第一、預防為主、綜合防治”思想和嚴格落實各項安全技術措施。

2）做好水害防治工作，避免因水導致圍巖變軟，強度變弱帶來支護困難。水害防治工作中，重點是施工期間泄水孔的保護工作，防止堵塞影響排水。

3）控制好井圈布置層位。要認真研究煤層頂底板以外圍巖應力情況，井圈位置從圍巖穩定、強度較高的砂巖位置開始布置。嚴格按照支護措施加強支護，確保井壁質量。

4）施工期間加強通風管理、電氣管理，防止瓦斯、煤塵積聚。

6 井壁變形觀測

在煤層頂板穩定基巖段井壁上布置基準點，在下部特厚煤層段井壁上布置變形觀測點。施工期間及以后的一段時間內，通過觀測人員利用全站儀對基準點、變形觀測點進行測量、比較、分析。結果是井筒施工期間及在以后一段時間內，井壁的水平方向、豎直方向基本沒有發生位移，說明在此段條件下采用上述施工工藝施工的井壁是穩定的。

7 結語

在科學的瓦斯超前預測、抽放、揭煤方案及安全技術措施的保障下，利用井筒中心泄水孔及時將井壁水泄入井下排水系統，杜絕了掘進工作面積水，改善了工作環境，有利于利用設備出渣，既保證了安全，又提高了工效。在支護方面利用井圈、超前管棚注漿、錨網噴、錨索、鋼筋混凝土聯合支護工藝，不斷優化組合，再加上對施工工序精細管理，減少松動范圍，最大限度利用圍巖自有應力，確保了特厚煤層段井壁的穩定性。通過利用上述施工方案進行質軟、富水、突出厚煤層地質條件下井筒施工的成功，為此類地質條件井筒施工積累了工程經驗。