超化矿立井井筒过富水突出厚煤层施工技术

冯 锐，梁 勇

（1.郑州煤炭工业（集团）有限责任公司 项目建设部，河南 郑州454000；2.煤炭工业郑州矿区建设工程质量监督站，河南 郑州454000）

1 工程概况

郑煤集团超化矿31风井设计井口标高＋183.50m，井筒落底标高－247.37m，井筒净直径4m，井筒深435m，其中基岩段深388.87m，根据井筒地质情况，掘进至标高－228.5m（岩层累深412m），时将揭露二1煤层，煤层倾角16°，垂直厚度为14.8m，绝对瓦斯涌出量48.12m3／t，相对瓦斯涌出量12.60m3／t，瓦斯含量较大，煤质较软，该区域煤层具有突出危险性。根据实揭地质资料，井筒穿过细、中、粗粒砂岩及石灰岩L7、L8等。井筒最大涌水量72 m3／h。煤壁受淋水影响后稳定性差，支护难度大，煤层上下煤岩交接处水平剪力大，易造成井筒剪切破坏。

2 支护困难原因分析

1）由于前期没有进行壁后注浆，帮部淋水较大，若不治理淋水易使已施工井壁脱落，影响工程质量和施工安全。

2）煤层厚度大，煤质较软，瓦斯含量高，且具有突出危险性，施工困难大，易发生煤与瓦斯突出事故。

3）目前支护工艺在厚煤层段施工很难达到设计支护强度要求，端头锚索、锚杆没有着力点，若临时支护措施不当易片帮、煤层段已施工井壁脱落，支护效果差。

4）煤岩交接处受水平剪应力较大，若支护强度不够，井筒易因煤体水平位移发生剪切破坏。

3 施工期间井筒水害治理

由于井筒底部已施工31总回风巷，为加快施工进度，改善作业环境，井筒掘砌前在井筒中心提前施工定位钻孔，一是当做井检孔使用，二是当做井筒施工期间的泄水孔，将井筒水直接泄到井底31总回风巷水沟，进入矿井永久排水系统，彻底解决井筒掘砌期间井筒涌水及井帮淋水问题。钻孔终孔后下入139.7×7.72的通天套管，凡井检孔预测有涌水的含水层部位设计为筛管，井筒内上口设置过滤网帽防止堵塞。

4 瓦斯探测

主要利用超前注浆管棚＋井圈作为超前临时支护，在煤层顶底板煤岩交接处附近提高井圈的布置密度，井圈间距缩小为0.8m，利用Ф25螺纹钢筋将井圈连接成整体，利用超前注浆小导管对煤体进行注浆固结，增加煤层稳定性，有效阻止煤壁出现片帮现象。一次支护采用锚网喷，必要时增加锚索支护，锚杆采用全长锚固，锚索锚固长度尽可能增大。二次支护采用钢筋混凝土浇筑，钢筋型号及混凝土厚度及混凝土标号要加大，采用两掘一浇。煤岩交接处为水平应力集中区，应加大混凝土标号，同时增加钢筋配置型号和数量。煤层顶底板煤岩交接处加强支护段上下要嵌入顶底板基岩3m以上，以保证井筒整体强度。

1）对煤体利用29U槽钢井圈＋Ф42mm注浆超前小导管（注浆小导管制作工艺见图1）作为超前临时支护。注浆压力不高于1.5MPa，注浆材料采用425号普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1。注浆加固必须等喷射混凝土强度达到设计值的70%后进行。浆液中掺加高效早强剂，注浆压力根据实际情况确定。超前小导管长度3.0m，循环进尺2.0m，循环搭接1m（见图2）。

图1 超前注浆导管加工示意

图2 超前注浆管棚及井圈布置

2）井圈＋注浆超前小导管＋注浆工序施工完成后，在上述临时支护的掩护下利用手镐进行井筒开挖。开挖采用短掘短支，防止片帮。一次支护采用Ф22mm×2.5m高强螺纹钢树脂锚杆，全长锚固，锚杆扭矩不低于200N·m。锚杆施工要及时，尽可能阻止松动圈进一步扩大。采用6mm×100mm×100mm双层钢筋网片，网片大小为1.5m×1m，网片搭接10cm，利用钢丝将网片连接成整体。

3）不定时对锚杆螺母进行二次紧固，等基本稳定后开始喷浆，喷层不宜过厚，只要覆盖封闭即可，必要时增加锚索支护。由于煤层是倾斜的，尽可能使锚索端头嵌入基岩，嵌入基岩的采用端头锚固，未能嵌入基岩的要加大锚固长度，尽可能全长锚固，以提高锚固效果，减少煤层松动范围。

4）二次支护采用600mm厚钢筋混凝土支护，混凝土标号C30。在煤层顶底板煤岩交接处4m范围内采用C40混凝土，C40混凝土井壁要嵌入顶底板基岩内3m左右，以提高井壁整体强度。竖向双层钢筋采用Ф22螺纹钢筋，间距为20cm。环线双层钢筋采用Ф18螺纹钢筋，间距为20cm。环向连接采用普通搭接，竖向筋连接采用螺母机械连接，搭接点杜绝在同一截面。构造筋采用Ф12圆钢，呈梅花状布置，浇筑循环进尺为2m。

5）钢筋混凝土施工时要预埋Ф42mm注浆管，长度要达到一次、二次支护之间为准，方便进行以后的壁后充填注浆。等钢筋混凝土井壁浇筑完成后，钢筋混凝土强度达到设计值的70%以后，开始利用预埋注浆孔对井壁进行壁后充填注浆加固。

5 施工中应注意事项

1）揭煤期间要牢固树立“安全第一、预防为主、综合防治”思想和严格落实各项安全技术措施。

2）做好水害防治工作，避免因水导致围岩变软，强度变弱带来支护困难。水害防治工作中，重点是施工期间泄水孔的保护工作，防止堵塞影响排水。

3）控制好井圈布置层位。要认真研究煤层顶底板以外围岩应力情况，井圈位置从围岩稳定、强度较高的砂岩位置开始布置。严格按照支护措施加强支护，确保井壁质量。

4）施工期间加强通风管理、电气管理，防止瓦斯、煤尘积聚。

6 井壁变形观测

在煤层顶板稳定基岩段井壁上布置基准点，在下部特厚煤层段井壁上布置变形观测点。施工期间及以后的一段时间内，通过观测人员利用全站仪对基准点、变形观测点进行测量、比较、分析。结果是井筒施工期间及在以后一段时间内，井壁的水平方向、竖直方向基本没有发生位移，说明在此段条件下采用上述施工工艺施工的井壁是稳定的。

7 结语

在科学的瓦斯超前预测、抽放、揭煤方案及安全技术措施的保障下，利用井筒中心泄水孔及时将井壁水泄入井下排水系统，杜绝了掘进工作面积水，改善了工作环境，有利于利用设备出渣，既保证了安全，又提高了工效。在支护方面利用井圈、超前管棚注浆、锚网喷、锚索、钢筋混凝土联合支护工艺，不断优化组合，再加上对施工工序精细管理，减少松动范围，最大限度利用围岩自有应力，确保了特厚煤层段井壁的稳定性。通过利用上述施工方案进行质软、富水、突出厚煤层地质条件下井筒施工的成功，为此类地质条件井筒施工积累了工程经验。