矿井井筒建设含水砂层施工方法

王作军

山东华新建筑工程集团有限责任公司 山东泰安 271219

在矿井建设施工过程中，首先需要开展的工程勘察内容就是围绕施工的地质资料进行实地勘测，通过勘测弄清楚煤矿建设中的含水层分布情况。但在实际施工期间，该类问题会在施工推进中逐渐显现，影响采矿工程的开展效率。在此类问题中，含水层主要呈现的是纵向裂隙形式，单纯应用传统的止浆垫注浆已经无法满足矿井的建设需求。基于此，针对矿井建设含水砂层的施工方法进行深入的研究具有重要现实意义[1]。本文结合笔者的工作经验，对两个井筒的施工分别进行分析和探讨，从而积累矿井建设中含水砂层施工的经验。

1 矿井建设含水砂层施工方法

1.1 施工准备

井筒按坡度延伸、降水疏干井等工程减少了井筒工作面的水源补给。但井筒内涌水仍影响施工，需要利用某种手段，降低井筒内涌水，防治砂层遇水形成流砂，改善井筒内施工条件。根据水的流动性、渗透性较强的特性，采用疏、导、集、排的方法，即井筒断面内台阶法施工，沉淀水箱、积水坑/临时水仓、软管/钢管导水、花管疏导砂层水的综合措施，达到井筒迎头处于有利于开挖状态的目的，以保证施工质量、速度。排水方法：花管（2寸管管壁加工均匀长条孔洞）内塞稻草等杂草，将花管按角度打入迎头，疏导砂层含水导入积水坑；迎头明显出水点用软管/钢管将水导入积水坑；积水坑设排砂泵，将积坑内积水排入沉淀箱；沉淀箱水沉淀后排出井筒，同时清理沉淀箱内沉淀砂，确保沉淀箱容量。

1.2 仰坡溃砂空洞治理

明槽进暗槽过程中，主、副井轮廓线外右上角均有因水作用砂流失而造成的空洞。主井空洞与地表贯通，副井空洞在砂层中，危险更大。该空洞在进暗槽前应及时处理，以避免空洞垮塌冲击井筒，影响井筒质量，甚至造成人身伤害。

（1）主井仰坡溃砂空洞治理。施工要求：利用水的渗透性、冰的强度和钢管导热性好的特点，灵活掌握打入花管及浇水速度，及每层草袋浇水结冰后再铺下一层草袋浇水，以保证冰墙的强度。施工方法：加工4寸花管，尖头段0．5m部分均匀打孔→花管间排距0．5m→花管随打入随注水渗透，外露0．5m，施工三排四列→花管打入部分结冰后，在花管间铺草袋，浇水冻结→顺序铺浇至花管头，形成宽1m长2m的冰墙→在砂层上，以钢管为骨架的冰墙作为支点穿钢轨→在钢轨上打木垛封闭溃砂空洞→在溃砂空洞中注入砼充填。

（2）副井仰坡溃砂空洞治理。施工要求：淋/浇水均匀，以保证冰体临时支护的强度。施工方法：溃砂空洞面淋水冻结，再浇水结冰形成临时支护→利用脚手架由外向内永久支护→以迎头U支架作为支点，用木板、木材封闭溃砂空洞→在注砼口注入砼充填。主、副井溃砂空洞外部，井筒回填时即可充填。

1.3 仰坡砂层治理

在疏干井降水和明槽开挖深度的作用下，地下水位下降，仰坡砂层含水量下降，随明槽开挖砂层随流淌，造成仰坡随开挖深度的加大而加宽现象。施工要求：利用水的凝固点/冰的熔点、冰的强度，撑控淋/浇时间，即白天最高气温-6℃，淋水/浇水可渗透到砂屋中，夜间最低气温-35℃，浇水可结冰。渗透砂层冰+砂层表面冰固定砂层，该冻结层有一定强度；同时要求控制水量，避免水流过大涌入明槽工作面，造成恶化作业环境和二次再排水。施工方法：按井筒方位和坡度在U钢支架轮廓外仰坡施工超前排管、超前排管轮廓外注水花管，掩护开挖进暗槽、安排白天在井筒仰坡上渗透性淋/浇水、安排夜间砂层冻结浇水、最后形成超前排管、注水花管冻结砂层冰、渗透砂层冰、砂层冻结冰联合体固定仰坡[2]。

1.4 砂层短掘短掘进暗槽、暗槽段技巧

因井筒开挖砂即流淌，确定进暗槽施工方法先拱后墙施工。施工要求：施工顺序要求由现工作面至仰坡方向，以保证冻结时间和冻结强度。施工方法：

（1）进暗槽：按井筒中心、坡度架设U钢支架，U支架腿由打入砂层的钢轨替代，并与U钢梁焊接成整体→顺序至工作面迎头→迎头拱部，按大于井筒坡度5°的角度打入超前排管→井筒迎头、两侧轮廓线外，打入花管并注水冻结→U钢梁上铺草袋浇水冻结造假顶，与仰坡连接→井筒‘冻结壁’内开挖出渣→达到一定高度在焊接钢筋+铁板/木板固砂→循环出渣至底板，安装U钢腿→达一板砼时，绑筋、安装模板、浇砼。循环施工至进暗槽。

（2）暗槽：脚手架搭设操作平台，并在操作台上施工上台阶→每架U钢支架施工一排超前排管（施工按2．1要求施工）→超前排管掩护下台阶法施工→固定U钢支架拱→留核心土法挖掘并安装U钢腿→焊铁板/木板，以防溃砂增加工作量→开挖出渣→循环掘进暗槽。

2 矿井建设含水砂层施工效果

通常情况下，应用普通施工方法进行矿井建设施工时，经常会遇到含水层比较多的问题，在这一基础上，煤矿施工期间采用的施工方案，具体的施工效果如下：

2.1 施工安全方面

砂层中掘进主要不安全因素是砂层松散造成坍塌现象。喷浆支护仰坡，由于喷射砼没有渗透性，不能渗入松散砂层中，且冬季施工温度较低，喷射砼强度无法保证；注浆支护仰坡，因砂层密实、松散而效果不明显。故该种工艺支护仰坡，仰坡不能形成整体，施工中砂层易出现坍塌现象，无法保证施工安全。

2.2 施工工期方面

无论是冻结法还是注浆法井筒施工，由于建井准备期没有考虑该项，队伍招标、施工方案设计、设备运输安装、材料采购、方案施工工期等，都会拖延工期至少一月以上；而项目采用的“冻结法”只需加工花管、安装水泵、铺设软管等的时间，工期影响时间是以天计。

3 结语

综上所述，在煤矿建设的过程中，想要有效保障采矿效率，一方面，需要做好含水层位置的施工，尤其是在矿井建设方面的施工呈现更应该保证质量；另一方面，在具体的施工过程中，不仅需要做好工程的防水管控，还需要针对矿井地面进行有效的预注浆施工，提升矿井井面的平整度，为后期施工开采节约成本，同时为工程效率的提升奠定基础。