淺議胡家河礦井立井井筒施工方法

郭光喬　張彥軍

摘 要：介紹了胡家河礦井立井井筒概況，由于胡家河礦井三個井筒均穿過349m的宜君洛河組基巖含水巖組，井筒涌水量大，巖石膠結(jié)差，普通法鑿井施工風(fēng)險大，必須采用特殊鑿井法施工。考慮涌水量及附近亭南礦注漿法失敗及凍結(jié)法成功的施工經(jīng)驗，最終建議選擇凍結(jié)法施工，同時給出了凍結(jié)法鑿井井壁結(jié)構(gòu)型式。

關(guān)鍵詞：施工方法；凍結(jié)法；井壁結(jié)構(gòu)

目前國內(nèi)較成熟的特殊鑿井法有：注漿法、鉆井法、凍結(jié)法。鉆井法在東部松散層較厚的礦區(qū)使用較成功，安全性較好，但鉆井法占用的施工場地較大，其產(chǎn)生的廢泥漿難處理，對于生態(tài)環(huán)境薄弱的西部來說，是很大的問題，而且就其目前的技術(shù)來說，大直徑鉆進(jìn)還不太成熟，井筒的垂直度難以保證（影響提升井筒的井筒裝備安裝），在西部還沒有鉆井法施工的井筒。本文就胡家河礦立井井筒施工方法作簡要分析。

1 胡家河礦井立井井筒概況

胡家河礦井工業(yè)場地位于彬縣與長武縣交界處涇河西岸階地的馬屋村，年設(shè)計生產(chǎn)能力5.0Mt/a，礦井采用立井開拓方式，工業(yè)場地內(nèi)設(shè)主、副、風(fēng)井三個井筒。主井凈直徑6.5m，掘進(jìn)直徑8.2m。副井凈直徑9.0m，掘進(jìn)直徑11.0m。風(fēng)井凈直徑7.0m，掘進(jìn)直徑8.7m。

主、副、回風(fēng)立井在同一工業(yè)場地，井筒穿過的地層基本相同，以副立井井筒檢查孔的地質(zhì)情況為例。副立井井筒檢查孔，即檢1號孔，距副井中心16m，孔口標(biāo)高為+861.568m。椐檢1號孔揭露，井筒穿過地層有第四系（Q），白堊系洛河組（K1L）、宜君組（K1y），侏羅系中統(tǒng)安定組（J2a）、直羅組（J2Z）、延安組（J2y）和侏羅系下統(tǒng)富縣組（J1f）。各組地層巖性特征清晰，接觸關(guān)系明顯。根據(jù)《井筒檢查孔勘查地質(zhì)報告》中提供的涌水量按掘進(jìn)直徑為11.0m的實際情況進(jìn)行換算，計算結(jié)果如下：第四系涌水量5.71m3/h；白堊系含水層涌水量185.00m3/h；侏羅系含水層涌水量223.18m3/h。

2 立井井筒施工方法選擇

根據(jù)富水性評價標(biāo)準(zhǔn)及井筒各含水層段涌水量結(jié)果，Q含水層的水量中等，K1L及J2y含水層分層涌水量中等～強。在井筒施工過程中，三個井筒均需穿過厚約349m的宜君洛河組基巖含水巖組，依據(jù)已施工的井筒1號檢查孔資料，預(yù)計副立井井筒涌水量414m3/h。井筒涌水量大，巖石膠結(jié)差，假如采用普通法鑿井施工，風(fēng)險性太大，不可取，必須采用特殊鑿井法施工。

同時，采用工程類比法，參照國內(nèi)淮南張集礦（主、副、風(fēng)井）、開灤徐家樓礦（主、副井）以及相鄰的亭南礦井（主、副井）井筒施工的成功經(jīng)驗，設(shè)計確定本礦井井筒采用地面高壓預(yù)注漿或凍結(jié)法施工。地面高壓預(yù)注漿施工井筒支護(hù)厚度小，掘進(jìn)斷面小，雖在別的礦區(qū)多次使用注漿堵水效果好，但在本礦區(qū)亭南礦井采用低壓預(yù)注漿技術(shù)施工井筒，堵水效果差。亭南礦井副井井筒預(yù)計涌水量為336 m3/h，主要含水層在白堊系洛河、宜君組；亭南礦井壁后注漿效果不理想，主要原因是：一是地層軟且為泥質(zhì)膠結(jié)，水泥漿注不進(jìn)去；二是涌水量大，井壁質(zhì)量難以保證，井壁的滲漏水多；三是地層的裂隙多位高角度裂隙，孔隙水易沿壁后裂隙導(dǎo)入工作面，影響工程進(jìn)度和質(zhì)量；最后亭南礦井井筒改為凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度395m，最后獲得成功，為此，本礦井井筒施工方法確定采用凍結(jié)法施工。

根據(jù)井筒檢查鉆孔資料，以及相鄰的亭南礦井井筒凍結(jié)施工情況，我們確定本礦井井筒采用全深凍結(jié)，凍結(jié)深度為550m。

3 立井井筒結(jié)構(gòu)選擇

凍結(jié)法鑿井技術(shù)在我國運用以來，其井壁結(jié)構(gòu)型式經(jīng)過了三個階段：

3.1 單層井壁階段（1955～1963年）

表土淺，凍結(jié)深度均小于200m、平均小于100m，多數(shù)用C15或C20鋼筋混凝土澆筑，壁200～700mm；在井壁施工中產(chǎn)生的混凝土收縮縫、沉降縫、溫度裂縫，特別是接茬縫使單層井壁幾乎都漏水。此期間，因表土較淺，井筒雖有漏水發(fā)生，但經(jīng)注漿堵水后，多數(shù)井筒尚能基本滿足封水要求。

3.2 雙層井壁階段（1964～1975年）

隨著表土深度加大至100～200m時，不少單層井壁雖經(jīng)注漿處理，漏水量仍達(dá)幾十～上百m3/h，不滿足使用要求。60年代在開灤礦區(qū)范莊煤礦主井，為解決井壁淋水問題，在原建成的井壁內(nèi)又套砌一層井壁（井徑由5.5m縮小到5m），取得較好效果。此后，1964年從邢臺煤礦主、副井開始，改為雙層井壁支護(hù)形式。雙層井壁防水性能有所改善，曾一度是我國凍結(jié)井壁結(jié)構(gòu)的基本形式。

3.3 帶夾層的復(fù)合井壁階段（1976～至今）

1976～1985年，兩淮地區(qū)幾個在建凍結(jié)井內(nèi)壁由于溫度應(yīng)力出現(xiàn)了大量的環(huán)向裂縫，井筒漏水嚴(yán)重。其間，借鑒波蘭經(jīng)驗，在內(nèi)、外壁間鋪設(shè)塑料薄板，以削弱外壁對內(nèi)壁的約束，減小溫度應(yīng)力，進(jìn)而防止內(nèi)壁開裂—溫度裂縫。帶塑料板夾層雙層復(fù)合井壁成功解決了井壁大量漏水問題，在我國得到廣泛應(yīng)用。

綜上所述，根據(jù)目前已經(jīng)成功實施的凍結(jié)法鑿井技術(shù)井筒的井壁結(jié)構(gòu)型式，本礦井各井筒凍結(jié)段井壁結(jié)構(gòu)采用雙層復(fù)合鋼筋混凝土井壁型式。

4 結(jié)論及建議

①針對涌水量大，含水層以孔隙含水為主的巖層，凍結(jié)法鑿井是一種很好的施工方法。②凍結(jié)法鑿井用于東部厚沖擊層的井筒施工較多，井壁結(jié)構(gòu)及厚度的理論公式及規(guī)范均是針對厚沖擊層段的凍結(jié)，基巖段凍結(jié)施工的井壁結(jié)構(gòu)及厚度均是參考沖擊層段的理論公式，偏保守，應(yīng)針對基巖段凍結(jié)法鑿井的井壁結(jié)構(gòu)及厚度進(jìn)行理論研究及科學(xué)試驗。

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作者簡介：

郭光喬（1983- ），男，河北邢臺人，工程師，本科學(xué)歷，從事采礦技術(shù)方面的設(shè)計工作。