西北部矿井施工关键技术问题探讨

王璟玥+王平

摘要：我国西北部涌现出一大批新建煤矿，但由于西北部地区地质条件复杂，施工难度很大。文章以西部矿井核桃煤矿回风井井筒施工为例，通过对西部特殊的水文地质条件进行分析，阐述了西部矿井在施工过程中的几点体会，以供相关人员参考。

关键词：西部矿井；特殊地质条件；井筒工程；煤层；瓦斯；水文地质

中图分类号：TD727文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0119-02

1概述

近年来在我国西北部煤炭，从浅部煤层逐步向深层开发，涌现出一大批新建矿区。但是西北部地区地质条件复杂，主要以软岩、砾石层为主，尤其要穿过厚达数百米的白垩系地层，含水层较多且富水性大。下面以核桃煤矿回风井井筒施工为例，就最近几年我单位施工西部在建矿井施工中遇到的一些关键技术问题进行探讨。

2工程概况及设计特征

核桃峪矿井井田位于甘肃正宁县西南部，行政区划属正宁县宫河、周家乡和宁县中村乡管辖。井田采用主斜井、副立井、回风立井综合开拓方式，矿井初期投产时共布置三个井筒，回风立井井筒净直径Φ7m、井深972m，表土段、风化基岩段及基岩段均采用普通法施工，后因水量过大，造成无法施工，改为冻结法施工。

3地质水文情况

3.1井筒工程地质

根据地质报告、地质柱状图及相关资料，井筒钻孔自上而下穿越的地层自老而新有三叠系、侏罗系、白垩系和第四系。（1）三叠系上统延长群平均揭露厚度16.65m，岩性为灰绿色、灰黑色细粒砂岩及粉砂岩、砂质泥岩，泥岩、煤线等，水平互层层理发育，局部微波状层理、脉状层理，产新芦木等植物化石碎片。（2）侏罗系地层包括下侏罗统富县组、中侏罗统延安组、直罗组和安定组。

3.2煤层与瓦斯

本井田为延安组含煤地层，主要有8煤、7煤、6煤、5煤、4煤、3煤、2煤，其中8煤、5煤、4煤是本井田含煤地层中最主要含煤岩段。本区主要可采煤层瓦斯总含量均小于5ml/g可燃质，属低瓦斯煤层，矿井按照高瓦斯矿井施工管理。

3.3水文地质

勘查区位于陇东含水盆地的南部，是陇东含水盆地的一部分。水文地质条件、类型和区域情况类同。根据区内自然条件和含、隔水层的赋存情况，地下水分为第四系松散岩类孔隙、裂隙潜水和前第四系碎屑岩类裂隙承压水两大类。

勘查区内8煤层顶板以上主要为白垩系洛河、宜君组含水层、侏罗系直罗组、延安组含水层。回风立井井筒施工过程中，可能出现的最大涌水在白垩系洛河组含水层底部（深度800～830m），最大涌水量72m3/h。

4工程实施情况

4.1核桃峪回风井

核桃峪煤矿回风井2009年5月份试挖，11月份井筒掘进深度至418.3m迎头揭露岩层为相对隔水的砂质泥岩，根据风井井筒预想柱状图，距目前迎头12m左右将揭露到洛河组含水层（井深430m位置）。

根据副井探水情况，在段高50m范围，掘进时涌水量将超过200m3/h，根据相关规范要求，需要对该段进行工作面预注浆处理，效果甚微。2010年2月4日～3月8日进行风井第一段高（设计注浆段高424～479m段，55m）预注化学桨施工。共完成注浆孔51个，化学浆注入量接近500t。根据掘井工作面揭露水量在10m3/h以下，在预期控制范围之内。

2010年4～5月进行第二段高预注化学桨施工。本次注浆段高设计为50m，为井深442.7（含混凝土浇筑层）～497.7m范围；掘进段高40m，预留10m为下一段止浆岩蝐。实际掘进至460m，涌水量较大。以后进行多次复注效果不明显。期间尝试进行注超细水泥，仍未

成功。

2010年12月进行冻结施工。2012年3月具备复工条件，2012年7月井筒到底（985m）。施工期间出水较小，对施工影响不大。

4.2塔然高勒主井

塔然高勒矿井主井于2007年6月18日开工，采用普通凿井法施工，该井在施工过程中实际水文地质情况与地质报告提供的资料相差甚大。2007年9月30日施工至245m时，遇到较弱的砂质泥岩及流砂并含水；含水层涌水量为32.5m3/h，支护极其困难，10月份由于其他原因停工。2008年3月15日复工，开始排水，4月份利用1.2m小段高掘砌，采用板桩法施工，超前小井降水，当时月进度26.5m。2008年9月份施工至488m，估计有含水层，经打钻探孔当时单孔涌水量83m3/h，工作面停止掘进，进行浇筑止浆垫。施工时先采用水泥单液浆，后使用双液浆，最后用化学浆马丽散E注浆。治水效果仍不明显。后经专家多次论证，采用特殊凿井冻结法施工。2009年1月打钻，5月开始冻结。至8月份试排水，排水后水的上涨速率较快，预计冻结还没有完全交圈，继续冻结至9月20日，进行排水。扣除停工5个月和正常打钻冻结9个月，平均月成井48m/月，预计工期比原计划延期达一年之久。

5施工关键技术问题探讨

5.1开拓方式

随着西北部开发战略的实施，现代化大型矿井、深部煤层开发越来越多，矿井由原来以平硐和斜井开拓为主，现多采用平硐、斜井与立井混合开拓方式。

5.2施工方法

我国西部地区以基岩为主的矿井，多为白垩系、侏罗系岩层。在白垩系地层中，因其地层大都为砂，泥质胶结，结构松散，空隙不发育，裂隙沟通性差，加之岩石具有强度低、遇水软化的特点，在注浆时岩层裂隙在水及浆液的作用下易被软化的岩粉阻塞，极大地限制了浆液的扩散范围，使注浆帷幕不能很好形成，从而使注浆不能起到很好的作用，达不到封水的目的。

鉴于西部地区新建矿井特殊的地质特征，对白垩系及侏罗系煤系地层，岩石松软、含水大的特点，选择施工方案时应优先考虑冻结法施工。

5.3井壁结构

冻结井井壁结构最主要的设计依据是井筒水文与工程地质条件、冻结压力、井筒深度及其几何尺寸等。对西部地区以冻结白垩系、侏罗系为主的立井，其井壁设计主要问题是冻结压力的确定。

通过上述几对矿井的施工，根据西部地区的特殊地层，建议采用双层钢筋混凝土复合井壁结构形式。内、外层井壁壁厚的设计参数应充分考虑该地区的岩性特点，针对其特殊性选择符合该地区合理的技术

参数。

6体会

通过对西部矿井施工中遇到的实际情况，主要体会有以下几点：（1）西部白垩系地层含水量较大时，采用冻结法施工是确保工程安全顺利进行的可靠方案。（2）建议地质勘探队在施工井筒地质检查孔时，应尽量设计在施工的井筒内，否则有可能造成与实际井筒地质发生偏差，施工前难以确定最佳的施工方案，特别是对普通法施工的矿井可能会带来不可预料的后果。（3）勘探单位提供的地质资料，特别是水文地质资料与实际揭露情况出入较大，因此对含水层和涌水量的预测手段要提高，确保资料的准确可靠，为设计和施工提供可靠依据。（4）由于西部在软岩冻结与中、东部地区风化基岩冻结大不一样，在冻结设计中不宜采取差异冻结，冻结管直径应适当加大，而冻结孔布置圈径要适当减小，应和中、东部地区的冻结一样重视，以保证冻结壁厚度和强度满足掘砌施工要求，防止出现中下部冻结满足不了掘砌施工需要而停工再冻结的情况。（5）在平硐和斜井施工中遇到软岩时，可以采用小型挖掘机、综掘机掘进机械化作业，减少传统的放炮掘进方式作业，并减少了对围岩的破坏力；运输作业可打破常规的使用耙矸机、矿车、汽车运输方式；而采用大皮带大链板机出矸和改制的小型防爆汽车下料运输方式，不仅安全可靠，运输能力大、速度快，且成本

较低。

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