礦井井筒建設含水砂層施工方法

王作軍

山東華新建筑工程集團有限責任公司 山東泰安 271219

在礦井建設施工過程中，首先需要開展的工程勘察內容就是圍繞施工的地質資料進行實地勘測，通過勘測弄清楚煤礦建設中的含水層分布情況。但在實際施工期間，該類問題會在施工推進中逐漸顯現，影響采礦工程的開展效率。在此類問題中，含水層主要呈現的是縱向裂隙形式，單純應用傳統的止漿墊注漿已經無法滿足礦井的建設需求。基于此，針對礦井建設含水砂層的施工方法進行深入的研究具有重要現實意義[1]。本文結合筆者的工作經驗，對兩個井筒的施工分別進行分析和探討，從而積累礦井建設中含水砂層施工的經驗。

1 礦井建設含水砂層施工方法

1.1 施工準備

井筒按坡度延伸、降水疏干井等工程減少了井筒工作面的水源補給。但井筒內涌水仍影響施工，需要利用某種手段，降低井筒內涌水，防治砂層遇水形成流砂，改善井筒內施工條件。根據水的流動性、滲透性較強的特性，采用疏、導、集、排的方法，即井筒斷面內臺階法施工，沉淀水箱、積水坑/臨時水倉、軟管/鋼管導水、花管疏導砂層水的綜合措施，達到井筒迎頭處于有利于開挖狀態的目的，以保證施工質量、速度。排水方法：花管（2寸管管壁加工均勻長條孔洞）內塞稻草等雜草，將花管按角度打入迎頭，疏導砂層含水導入積水坑；迎頭明顯出水點用軟管/鋼管將水導入積水坑；積水坑設排砂泵，將積坑內積水排入沉淀箱；沉淀箱水沉淀后排出井筒，同時清理沉淀箱內沉淀砂，確保沉淀箱容量。

1.2 仰坡潰砂空洞治理

明槽進暗槽過程中，主、副井輪廓線外右上角均有因水作用砂流失而造成的空洞。主井空洞與地表貫通，副井空洞在砂層中，危險更大。該空洞在進暗槽前應及時處理，以避免空洞垮塌沖擊井筒，影響井筒質量，甚至造成人身傷害。

（1）主井仰坡潰砂空洞治理。施工要求：利用水的滲透性、冰的強度和鋼管導熱性好的特點，靈活掌握打入花管及澆水速度，及每層草袋澆水結冰后再鋪下一層草袋澆水，以保證冰墻的強度。施工方法：加工4寸花管，尖頭段0．5m部分均勻打孔→花管間排距0．5m→花管隨打入隨注水滲透，外露0．5m，施工三排四列→花管打入部分結冰后，在花管間鋪草袋，澆水凍結→順序鋪澆至花管頭，形成寬1m長2m的冰墻→在砂層上，以鋼管為骨架的冰墻作為支點穿鋼軌→在鋼軌上打木垛封閉潰砂空洞→在潰砂空洞中注入砼充填。

（2）副井仰坡潰砂空洞治理。施工要求：淋/澆水均勻，以保證冰體臨時支護的強度。施工方法：潰砂空洞面淋水凍結，再澆水結冰形成臨時支護→利用腳手架由外向內永久支護→以迎頭U支架作為支點，用木板、木材封閉潰砂空洞→在注砼口注入砼充填。主、副井潰砂空洞外部，井筒回填時即可充填。

1.3 仰坡砂層治理

在疏干井降水和明槽開挖深度的作用下，地下水位下降，仰坡砂層含水量下降，隨明槽開挖砂層隨流淌，造成仰坡隨開挖深度的加大而加寬現象。施工要求：利用水的凝固點/冰的熔點、冰的強度，撐控淋/澆時間，即白天最高氣溫-6℃，淋水/澆水可滲透到砂屋中，夜間最低氣溫-35℃，澆水可結冰。滲透砂層冰+砂層表面冰固定砂層，該凍結層有一定強度；同時要求控制水量，避免水流過大涌入明槽工作面，造成惡化作業環境和二次再排水。施工方法：按井筒方位和坡度在U鋼支架輪廓外仰坡施工超前排管、超前排管輪廓外注水花管，掩護開挖進暗槽、安排白天在井筒仰坡上滲透性淋/澆水、安排夜間砂層凍結澆水、最后形成超前排管、注水花管凍結砂層冰、滲透砂層冰、砂層凍結冰聯合體固定仰坡[2]。

1.4 砂層短掘短掘進暗槽、暗槽段技巧

因井筒開挖砂即流淌，確定進暗槽施工方法先拱后墻施工。施工要求：施工順序要求由現工作面至仰坡方向，以保證凍結時間和凍結強度。施工方法：

（1）進暗槽：按井筒中心、坡度架設U鋼支架，U支架腿由打入砂層的鋼軌替代，并與U鋼梁焊接成整體→順序至工作面迎頭→迎頭拱部，按大于井筒坡度5°的角度打入超前排管→井筒迎頭、兩側輪廓線外，打入花管并注水凍結→U鋼梁上鋪草袋澆水凍結造假頂，與仰坡連接→井筒‘凍結壁’內開挖出渣→達到一定高度在焊接鋼筋+鐵板/木板固砂→循環出渣至底板，安裝U鋼腿→達一板砼時，綁筋、安裝模板、澆砼。循環施工至進暗槽。

（2）暗槽：腳手架搭設操作平臺，并在操作臺上施工上臺階→每架U鋼支架施工一排超前排管（施工按2．1要求施工）→超前排管掩護下臺階法施工→固定U鋼支架拱→留核心土法挖掘并安裝U鋼腿→焊鐵板/木板，以防潰砂增加工作量→開挖出渣→循環掘進暗槽。

2 礦井建設含水砂層施工效果

通常情況下，應用普通施工方法進行礦井建設施工時，經常會遇到含水層比較多的問題，在這一基礎上，煤礦施工期間采用的施工方案，具體的施工效果如下：

2.1 施工安全方面

砂層中掘進主要不安全因素是砂層松散造成坍塌現象。噴漿支護仰坡，由于噴射砼沒有滲透性，不能滲入松散砂層中，且冬季施工溫度較低，噴射砼強度無法保證；注漿支護仰坡，因砂層密實、松散而效果不明顯。故該種工藝支護仰坡，仰坡不能形成整體，施工中砂層易出現坍塌現象，無法保證施工安全。

2.2 施工工期方面

無論是凍結法還是注漿法井筒施工，由于建井準備期沒有考慮該項，隊伍招標、施工方案設計、設備運輸安裝、材料采購、方案施工工期等，都會拖延工期至少一月以上；而項目采用的“凍結法”只需加工花管、安裝水泵、鋪設軟管等的時間，工期影響時間是以天計。

3 結語

綜上所述，在煤礦建設的過程中，想要有效保障采礦效率，一方面，需要做好含水層位置的施工，尤其是在礦井建設方面的施工呈現更應該保證質量；另一方面，在具體的施工過程中，不僅需要做好工程的防水管控，還需要針對礦井地面進行有效的預注漿施工，提升礦井井面的平整度，為后期施工開采節約成本，同時為工程效率的提升奠定基礎。