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平禹一矿立井深厚表土层普通法施工技术研究

时间:2011-04-24  作者:秩名
通过对井检孔砂土样的仔细分析研究,井检孔所揭露的砂土层均为半固结或固结状态,由此推断出含水量不会太大,井检孔涌水应主要集中在砾石层中。砂土、流砂是两个根本不同的概念。形成流砂的原理是只有当动水压力等于或大于砂土的浸水容重时,砂土颗粒处于悬浮状态,才会发生流砂。为了进一步说明以上观点,又进行了大量深入仔细的调查。最有说服力,具有可比性的是距技改区井筒位置不足2km的老主、副井井筒,均采用普通法施工,1969年施工井筒时,水量不大,粗砂且固结,砂层厚0.8 m,井筒一半是砂,一半是粘土,未采取特殊措施顺利通过砂层。二是距技改区井筒不足1公里昆成煤矿的两个斜井,建井期间也未发生流砂埋井事故。三是一矿老工业广场内2005年开始施工的明斜井,设计总长1186m,其中第四系表土层541 m,在实际施工过程中分别在181 m揭露3.3 m厚和在297 m揭露2.2 m厚砂层,实际揭露砂层均为固结状,含水量较小,井筒施工均正常通过。经过周边矿井的调查分析、判断对比,认为虽然平禹一矿“土厚、砂多、水大”地质条件复杂,但不会形成流砂,只要采取针对性措施如采用外壁套挂、短段掘砌、快挖快进混合作业,采用降、堵、导、隔治水,加强支护等完全可以采用普通法施工。

2.井筒施工技术

2.1施工方案选择及井筒防治水

2.1.1施工方案选择

根据井筒技术特征和现有立井施工装备情况,确定采用立井机械化配套,短段掘砌混合作业的施工方案。掘进:表土采用人工配合挖土机施工,基岩采用YT-28型风钻打眼,爆破材料选用水胶炸药和毫秒延期电雷管。提升:采用一套单钩,2JZ-2.5/20型绞车配2m3吊桶和Ⅲ型钢管井架。抓岩:用0.4m3型长绳悬吊抓岩机。砌壁:采用1.6m高金属整体下移式模板,0.5m3自动计量混凝土搅拌站拌料,混凝土输送采用底卸吊桶。

2.1.2井筒防治水及排水方案

井筒表土段穿5层流砂和3层砾石和砂砾石含水层,还有基岩二1煤层顶底板含水层,井筒涌水量达292m3/h,采用堵、降、导、排、桩等联合治理方案。

堵:采用工作面预注浆和井壁注浆方法堵水,减小井筒涌水量,当井筒施工距含水层3~5m时,在工作面打止浆垫,进行工作面预注浆,表土需工作面预注浆三次,即井深14~32m,108~115m,152~163m。其他层位根据探水情况待定,若掘砌后井壁有淋水要及时进行壁后注浆,尽量为工作面创造好条件。降:井筒掘进时,在工作面挖不小于1.5m深的水窝,使工作面水集中排出。导:砌壁时,若井帮有出水孔或涌水量较大,可采用塑料布或管子将水集中导出,保证砼的砌壁质量。排:工作面涌水经排水泵排到地面或经传水泵排到地面。桩:若岩层较松散,采用锚网喷临时支护,保证不片帮、不抽帮。必要时可在井筒开挖前打板桩或管桩配合施工。

井筒基岩段将穿过二1煤层顶底板砂岩含水层,为了保证施工安全,坚持“有疑必探,先探后掘”的原则,对探出的涌水采取针对性治理措施。对涌水量不大的含水层,强行施工通过后及时进行壁后注浆封水;对探孔涌水量大于2m3/h的含水层,采用工作面预注浆进行封水。

井筒排水方案为:当涌水小于5m3/h时,用风泵抽水到吊桶排至地面;当涌水大于5m3/h时,井深小于潜水泵扬程时,采用潜水泵将涌水直接排到地面。潜水泵扬程不能达到地面时,采用潜水泵将涌水排到吊盘水箱转水,再由吊盘卧泵排到地面或排到腰泵房,由腰泵房卧泵排到地面。在井筒180m处设置一个腰泵房,用于接力排水。

2.2施工方法

表土段掘进时预留壁厚,采用人工配挖土机掘进达到1.6m时,再采用对角分区刷帮,施工中若井邦易垮落时,采用锚网喷临时支护。表土段采用人工配合小挖掘机装岩。采用一套单钩提升,2JZ-2.5/20型绞车配2m3和1.5m3吊桶,座钩式自动翻矸,井架设矸石仓,地用铲车或排矸汽车将矸石运到指定地点。对不稳定岩(土)层采用猫网(喷)临时支护,采用¢4mm钢笆网,1.8m长管缝式锚杆,间排距0..8m ×0.8 m,表土段喷混凝土护邦100mm。永久支护采用金属整体下移式模板,段高1.6m,采用现浇砼,风动振动器捣固,模板采用3根钢丝绳单独悬吊,过不稳定岩层破碎易片邦时先锚网喷支护,然后再砌砼,防止片帮。

井口设一套混凝土集中搅拌系统,实现自动配制混凝土,在模板上搭设工作台,吊盘上设分灰器,均匀对称流入模板。

2.3表土层探水方案

根据井检孔资料,第三、第四系主要3个含水层分别在17m~23.5m、111m~113m、155.5m~161m处,涌水量分别为10.12m3/h、13.22m3/h、40.44m3/h,井筒总涌水量292m3/h,有5层细砂和3层砾石和砂砾石含水层,总厚度24.10m,这些都成为威胁安全施工的主要隐患。为确保施工安全,坚持有疑必探,先探后掘的原则。在过砂、砾石含水层前5m左右用150型钻机向含水层打探孔,探孔布置3个,分布于沿井筒中线的两个方位上距井帮500mm,孔深为35m,探明含水层的层位和水量大小,之后采取针对性的措施组织施工。

2.3.1探水施工方案

1)探孔涌水无涌砂时(钻孔出水>3m3/h),说明含水砂层无流动性,采取沿井筒周边向井帮打超前锚杆(Φ41mm管缝式)加固后,再下挖,每掘出一片网位,即进行锚网该部井帮,依次将井帮锚网完毕并喷射砼封闭,补强井帮和封闭井帮淋水(砼中掺加早强剂),依次掘够一段,即进行永久支护(外壁),逐步过砂层。含水层过后根据井帮涌水情况采取井壁注浆或截水槽截水措施治水。

2)探孔涌水涌砂时,说明流砂层颇具流动性。采取工作面打止浆垫预注浆后施工井筒,工作面注浆采取置换注浆方式,增加围岩强度,降低砂层流动性,尽可能减少井内补给水源。论文大全。之后,以2.5m长10~12号槽钢作板桩沿井筒周边打超前桩,超前桩的上端放一道井圈,与各桩连成一体,之后每一米放一道,加强对井帮的支护,然后,掘出一段高,即进行井壁永久支护,依次过流砂层。含水层过后根据井帮涌水情况采取井壁注浆或截水槽截水措施治水。

2.3.2探水前的准备工作

1)工作面要有足够的防出水能力

井筒中实现接力排水,即:在吊盘上安装水箱,工作面水用一台50m扬程50m3/h流量的排砂泵将工作面水排到吊盘水箱,再有150m扬程50m3/h流量的排砂泵排到地面;井壁截水槽水通过固定在井壁上的胶管流到水箱排到地面。开钻前要准备好收水管,一旦出水立即用收水管将水堵住,确保不淹井。打钻人员要穿连脚裤入井,时刻准备着堵水。

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