杭來灣煤礦進回風立井疏降水方案研究

薛雄飛，姬 凡

(陜西有色榆林煤業有限公司，陜西 榆林 719000)

關健詞：杭來灣煤礦；進回風立井；含水層；涌水量；疏降水

0 引言

礦井立井建設過程中，井筒的涌水問題是影響施工建設進度的重要因素[1-3]，尤其是在含水層富水性較強、第四系松散層厚度較大和含水層之間水力聯系密切的區域施工難度和危險性也將進一步增加[4-6]，如果施工方法選擇和論證不當，不但影響礦井整體的施工進度，而且由此出現的井壁垮塌、潰水潰沙、井筒報廢等一系列問題，將嚴重威脅礦井的安全生產[7-10]。由于區域地質、水文地質條件的差異，針對井筒涌水的控制和施工方法存在一定的局限性，以注漿法、帷幕法及凍結法為代表的施工方法[11-14]，在杭來灣礦井適用性不強。如何根據礦井實際狀況，制定科學合理的施工方案，按期完成立井井筒的施工工程，是立井建設過程中面臨的一項重要工作。

本文以杭來灣礦井為研究對象，根據進回風立井施工過程中井筒涌水較大、施工進度緩慢、安全無法保證等實際問題，結合礦井井筒檢查孔水文地質和工程地質勘察報告取得了相關成果，制定了一系列行之有效的施工方案，安全高效地完成了進回風立井的建設任務，為礦井302盤區的生產建設打下堅實的基礎。

1 施工概況

陜西有色榆林煤業有限公司杭來灣煤礦為陜北煤炭基地之榆神礦區一期規劃區建設的重點礦井之一，隸屬榆林市榆陽區管轄。井田共劃分4個開采盤區，目前礦井301盤區的開采已經回采至最后一個工作面，為保證礦井302盤區的正常接續和開采。根據后期礦井通風需求和礦井的整體開采設計和規劃，擬在井田中部布置一個進風立井和一個回風立井，即一號進風立井和一號回風立井，以滿足后期開采過程中，礦井通風和安全的需要。

進、回風立井井筒位于井田中部。介于301盤區和302盤區的交界處，地貌屬于沙漠灘地以及黃土梁峁含水單元過渡地帶，表層覆有深淺不等的第四系風積砂。井筒區域周邊無沖洪積層、湖積層分布，根據水文地質勘察資料，井筒區域包含第四系中更新統黃土孔隙裂隙潛水含水層、基巖頂界風化殼裂隙承壓水含水層及侏羅系碎屑巖類裂隙承壓水含水層3個含水層(組)。井筒開鑿過程中將揭露全部含水層組并受揭露地下水涌入的影響。因此，需要在井筒周邊布設降水井群，采用降水井群疏降表層地下水位的方式完成降水工作，應保證井筒施工的干燥條件，并防止井筒側壁失穩、潰水潰沙等工程安全問題。

2 水文地質概況

2.1 含(隔)水層

杭來灣煤礦井田位于榆溪河與禿尾河自然分水嶺的西側，井田內地下水根據其賦存條件及水力特征可以劃分為2種類型：即第四系松散巖類孔隙裂隙潛水與侏羅系中統直羅組、延安組砂巖裂隙承壓水；自上而下可劃分為5個含水巖層(組)：分別為第四系全新統沖洪積層孔隙潛水含水層、上更新統沖湖積層孔隙潛水含水層、中更新統黃土孔隙裂隙潛水含水層、基巖頂界風化殼裂隙水含水層、碎屑巖類裂隙承壓水含水層。進、回風立井井筒勘察區域周邊無沖洪積層、湖積層分布，根據一號進、回風立井井筒檢查孔巖性特征及物探測井資料，井筒區域地下含水層自上而下可劃分為：第四系中更新統黃土孔隙裂隙潛水含水層、基巖頂界風化殼裂隙承壓水含水層及侏羅系碎屑巖類裂隙承壓水含水層3個含水層(組)。

第四系中更新統離石組黃土，巖性為灰黃色、黃褐色粉土及粉砂質粘土，廣泛分布于井田范圍內。根據本次勘察成果，進、回風立井井筒區域內黃土層厚度為31.70～47.10 m，系新生界第四系與中生界侏羅系基巖之間相對隔水層。 在基巖段，隔水層巖性主要以侏羅系泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖及粉砂巖等隔水巖類組成，該隔水巖類整體分布較穩定，相比于層間砂巖孔裂隙含水層，隔水性能相對較好。

2.2 地下水補給徑流和排泄條件

根據本次勘察及以往水文地質成果，井筒區域內各主要含水層補給徑流排泄條件分別為：第四系松散層孔隙裂隙潛水含水層的穩定水位埋深為25.05 m，穩定標高為1 254.94 m，補給主要為大氣降水、區域性側向補給及沙漠凝結水補給；基巖頂界風化殼裂隙承壓水含水層的穩定水位埋深為25.01 m，穩定標高為1 254.98 m，接受大氣降水間接補給，徑流受基巖頂界風化殼的控制，向西北方向的沙漠灘地排泄；侏羅系中統直羅組碎屑巖類裂隙承壓含水層穩定水位埋深為26.14 m，穩定標高為1 253.85 m；侏羅系延安組碎屑巖類裂隙承壓含水層穩定水位埋深為28.01 m，穩定標高為1 251.98 m，在基巖露頭處接受大氣降水補給，局部地段接受上覆含水層的下滲補給。勘察期間正值平水位期，受降雨影響，區域內地下水位年變幅為1.0～3.0 m。

3 疏降水方案

為了更好地保證井筒掘進期間，疏降水達到最好的效果，在分析含水層富水性和井下巷道掘進的基礎上，采用地面降水和井下疏水相結合的方式，最大限度地保證了疏降水效果。

3.1 地面降水

本工程揭露地層主要為第四系粉土、黃土以及侏羅系直羅組風化殼。現場井筒深度為80 m，根據該場地附近地區的已有降水經驗，擬采用管井井點降水方案降低地下水位，即在井筒周圍及坑內布設一定數量的管井，由管井統一將地下水抽出，達到阻截井筒外圍地下水流入井筒的目的，從而滿足井筒施工對降水的要求。

降水方案中將第四系松散層看作潛水含水層，因其底部分布厚度為25.6 m 的風化殼，二者存在水力聯系，故將風化殼含水層同樣視為潛水含水層；另外，統一將中粒以上砂巖層當作含水層考慮。

根據井筒周邊水文地質條件，周邊無鄰近地表水系，無大型地質構造分布，將其水文地質邊界按照無限分布的均質潛水含水層考慮。

含水層厚度：取各分層含水層厚度之和作為本次降水模型計算取值。

管井深度：根據設計井深深度取值。

水力參數取值：根據以往勘察成果，按照加權平均取值法當作本次降水模型的滲透系數值。

以此為原則，降水模型按照潛水完整井進行設計計算，降水設計示意如圖1所示。

圖1 地面群孔降水示意Fig.1 Dredging water of ground group boreholes

通過群孔抽水的方式，在掘進區段形成一個大的降落漏斗，有效降低了掘進區域地下水水位，不但顯著提高了巷道掘進速度，而且保證了井筒砌碹的施工質量，為井筒壁后注漿創造了有力的條件。

3.2 井下疏水

在地面降水方案實施的同時，為了提高掘進速度，在井下與井筒貫通巷道已經掘進到位的前提下，提出了地面降水和井下疏水相結合的方式，即：在井筒穿過松散層和基巖風化帶后，掘進區段巖石裂隙發育程度較低，圍巖穩定性較高的情況下，從井筒垂直向井下巷道垂直施工一個直徑100 mm的疏水鉆孔，并在井下巷道構筑了臨時水倉，同時設置了多臺排水泵排水，一舉解決了井筒通過直羅組和延安組基巖裂隙承壓含水層時，井筒涌水量增大、注漿效果差、施工速度緩慢等問題。井下疏水鉆孔設計示意如圖2所示。

圖2 井下鉆孔疏水示意Fig.2 Drainage of underground boreholes

4 結語

在杭來灣煤礦進、回風立井施工過程中，采用地面降水和井下疏水相結合的方式，科學、有效地解決了井筒在松散層施工階段和基巖施工階段，井筒涌水這一影響施工質量和施工進度的難題，保證了井筒按期完成施工，為礦井立井防治水積累了經驗。