井巷工程中流沙层的治理方法

2015-04-17程严毅

建材与装饰 2015年21期

关键词：井巷流沙巷道

程严毅

（攀钢集团工程技术有限公司特种工程分公司　四川省　攀枝花市　617000）

井巷工程中流沙层的治理方法

程严毅

（攀钢集团工程技术有限公司特种工程分公司四川省攀枝花市617000）

井巷工程是采矿行业中最为常见的一项工程，其中以煤炭行业最为常见。在井巷工程施工过程中，流沙层是比较常见的一种地质问题。其不仅可能造成施工人员人身安全，还可能造成施工进度停滞。可以说流沙层治理已经成为井巷工程中最为重要的一个环节。本文就井巷工程以及流沙层的基本概念进行论述，简要分析了井巷工程中流沙层的治理方法，以期提高相关工作的工作成效。

井巷工程；流沙层；治理方法

流沙层一般是在井巷工程的掘进过程中所遭遇的恶劣地形段，由于流沙层的特殊性质，其会给井巷工程施工带来很大的难度。目前，对于流沙层的治理工作，相关工作者根据多年工作经验，对不同地质条件的矿井提出了不同的流沙层治理方法，均能在流沙层治理过程中发挥显著作用。

1　井巷工程及流沙层基本概念

1.1井巷工程的基本概念

井巷工程一般是指在地下建设设计所需的空间结构，并使其能够维持稳定。井巷工程一般是通过破开岩体，进入或穿过岩石开挖所需工作空间，再通过一系列支护措施保证其稳定性。由此可见，井巷工程的施工与维稳，与实地岩土的理化性质以及力学性质具有密切的关联，此外还需针对井巷围岩的具体情况采用适合的支护手段。一般来说，常见的流沙层治理方法主要有打桩法、沉井法、冻结法、加固法以及注浆法等；而常见的井巷支护方法有混凝土支架、金属支架、锚喷锚杆支护以及其他支护手段。总的来说，井巷工程是以采矿或其他目的在地下进行的井筒、巷道和硐室开掘工程，统称为井巷工程。对于煤炭行业来说，井巷工程主要包括了矿山建设工程、矿井生产准备工程、矿井延伸工程以及矿井辅助工程等。

1.2流沙层基本概念简介

流沙层的最大特点就是在压力或水力的作用下，会呈现出一定的流动性，其主要是指在水环境下颗粒度不超过0.1mm的砂石和其他的细小颗粒混合沙体层。在井巷工程中，如果开掘过程突遇流沙层，处置不恰当的话，流沙层的流沙就会从开掘缺口从流沙层空间流向井巷空间，致使井巷空间被掩埋。严重情况下，流沙层流沙流出过多，使流沙层的表层地面出现下沉或陷落，严重影响地表建筑安全。如果流沙层中粘土和水的成分较高，就会导致流沙颗粒很小，流动性更强。流沙层的危害主要是因为流沙层中含有水分，在大量水分的作用下，流沙不仅具有很高了流动性，而且能够给其提供很高的动能，大大增加了流沙的危险性。根据相关资料显示，在流沙层的含水率降低到15%以下时，流沙层中流沙所承受的压力大大降低，与普通沙子极其接近，具有很高的稳定性。所以，解决流沙层问题的关键就在于降低流沙层中的含水量，降低流沙的危险系数，使其趋于稳定。

2　流沙层疏干方法介绍

2.1流沙层疏干的理论基础分析

流沙就有较大危险的原因之一就是流沙层中水含量较高，给流沙提供了较大的动能，使其具备了较高的冲击损伤能力。水含量越高，流沙的冲击力越大，对井巷施工的影响也就越大；相反，水含量越低，流沙的冲击力也就越低，对井巷施工的影响就越小。所以对流沙层进行疏干，其核心在于降低流沙层的含水量，只要将其降低到可控水平，就可以使流沙层逐渐趋于稳定，减小其所存在的安全威胁。在对流沙层进行疏干时，最主要的工作就是运用达西定律去掉流沙层中的活性水。流沙层中的活性水流动一般是服从达西定律的，通过达西定律就可以计算出其水流速度，其计算公式为：v=khms/b-1，式中：h为流沙层水柱测量高度；b为过滤材料的厚度；k为过滤系数。其中过滤系数k的决定因素有三个方面：①流沙层流沙的颗粒大小及形状；②流沙层流沙颗粒比例；③流沙层流沙的深度以及含泥量等。通过流速计算公式计算出水流速度，在据此计算出对流沙层进行疏干时的含水量：q=pv。

2.2井巷工程流沙层治理方案

对于井巷工程的流沙层治理来说，其一般可以分为五个方面，具体如下：

（1）进行超前小管棚施工

治理流沙层的过程中，相关人员应该对破碎松散的岩体进行超前钻孔，打入小导管，再进行水泥浆液压注，通过胶凝性的水泥浆液迅速排出流沙层中的水分和空气，使松散的破碎岩体能够在短时间内胶结凝化，形成具有一定抗渗阻水和强度性能的固体。在具体的施工过程中，通过对流沙层进行水泥浆注入，使井巷当头周围的泥沙可以迅速胶结，形成整体。在巷道的掘进过程中，超前小管棚施工可以在流沙层中形成一个新的井巷空洞。但是对于实际情况来说，泥沙和水泥浆的胶结体在短时间内并不会垮塌，其会发生一定的形变然后达成平衡，在巷道顶部的胶结体破坏之前，就可以利用适合的支护措施对其进行支护。

（2）预埋注浆管

预埋注浆管应该先进行注浆钻孔，其可以在巷道沿拱顶的轮廓线上均匀选定注浆钻孔，每个钻孔的间距保持在1m左右，即每隔1m钻一个注浆孔，再在每一个注浆孔中预埋好注浆管。在注浆管预埋完成后，应该立即采用一定长度的注浆管，进行注浆效果试验。一般是用8m长注浆管掘进3～4个注浆循环。如果效果较好，则可以改用5m注浆管进行重复试验；如果效果较差，则可以适当增加几个注浆循环。

（3）注浆过程

注浆过程的关键在于注浆前期，即在开始阶段，需要使用较高浓度的浆液进行注浆，一般水与石灰的用量持平。到注浆后期，则需要降低注浆浓度，水与石灰的比例应该降至3：1的水平。注浆浓度的大小与注浆压力、裂缝开度都有关系，注浆压力越大，所需的逐渐浓度就越小；裂缝开度越大，所需的注浆浓度就也越大。除此之外，对于注浆过程应该按照实际要求均匀有序的进行，中途尽量不要发生停顿。

（4）钢架立模以及布筋

钢架立模和布筋是在注浆程序完成之后进行的，通过超前小管棚施工和注浆两个环节的作用，注浆管和水泥浆以及流沙层在巷道轮廓线之外形成了新的稳定结构，能够使井巷矿道形成一个统一的整体。

（5）壁后注浆

通常而言，壁后注浆应当在巷道顶部预设注浆管，每根注浆管之间的间隔可以维持在4m范围内，每拱可以预设4～5根注浆管。之所以要进行壁后注浆，是以为内在钢架混凝土制作时，拱部收口处的混凝土难以达到设计要求，所以需要进行壁厚注浆强化其性能。一般来说注浆达到25kg/m3的水平，就可以停住注浆。

3　流沙层的支护措施探析

3.1选定支护方式

在井巷工程施工遭遇流沙层时，需要进行全封闭式的支护措施。与此同时，为加强巷道强度，需要进行壁后注浆，避免井筒下滑或下沉等事故的出现。在遭遇流沙层时，井巷工程施工的要点在于快速穿过流沙层，因此对其进行支护应该选用快凝型的钢筋混凝土或是石块进行支护。为加强支护效果，还可以在井筒的内壁也进行支护措施，以实现全密封的效果，起到防止流沙水损情况发生。

3.2流沙层支护施工分析

对流沙层进行支护时，应该遵循几个基本原则，即短掘短砌、分布开挖以及分布砌筑等。当流沙层处于紧密稳定状态时，支护施工应该按照先墙后拱分布砌筑的基本原则进行。在完成侧墙的支护施工后，在进行巷道两侧墙体的开挖与砌筑，最后合拢形成一个全封闭整体；当流沙层处在拱基线下方时，又可以采用先拱后墙短段砌筑的方式进行支护施工；当流沙层和拱基线处于同等水平时，一般可以利用超前降水的方法，通过先拱后墙，用钢筋混凝土打好底梁，在拱形支架的支撑下再打入木桩，短段砌筑进行全封闭施工；当流沙层高于拱基线时，可以用金属支架对其进行支撑，穿梁过顶打入板桩，将流沙层隔离在拱基线之外。