立井穿过富含水采空区施工技术

魏忠诚

1 工程概况

1.1 井筒设计概况

和成煤矿采用立井单水平上下山开拓。副井井筒平面坐标X=3 826 070.000;Y=38 461 100.00;Z=+204.5。井筒设计深度509.5 m。净直径φ=6.0 m，净断面积 S净=28.3 m2。表土及风化带段:井深70.5 m(包括钢筋混凝土壁座一个)，井壁厚度550 mm，掘进断面 S掘=39.6 m2，素混凝土强度等级 C30。基岩段:井壁厚度450 mm，掘进断面37.4 m2，素混凝土强度等级C30。

1.2 水文地质概况

根据副井检查孔提供地层及采空区资料。在主井检查孔中对第四系、新近系、二叠系上石盒子组上部风化带进行了混合抽水试验，富水性弱，具有弱承压性。二叠系上统上石盒子组砂岩含水层抽水试验，在七4煤上部，岩心破碎，孔内曾发生大量漏水(为七4煤采空区)。按照七4煤采区布置图计算，水量达到60万m3。

2 施工方案的确定

从井筒检查孔提供的资料看，采空区已经塌落。按照岩层开裂的程度，导水裂缝带又可分为4个区，即冒落性破坏区、严重开裂区、一般开裂区和微小开裂区。

和成煤矿采空区覆岩大部分为泥岩，根据检查钻孔揭露的覆岩情况和实际需求，为施工安全，将覆岩破坏高度定为49.67 m。

1)方案确定。采取先注浆封水后短段掘砌;工作面预注浆与预留岩帽注浆相结合方式;预注浆将冒落区和采空区大的裂隙进行充填，预留岩帽则将工作面细小的裂隙第二次充填。2)优化设计。原设计井壁厚度0.45 m，C30素混凝土，满足不了要求;经过论证，优化为双层复合井壁(内层为单层钢筋混凝土)，强度C35。

3 施工技术

3.1 注浆设计

1)注浆钻孔的布置参数。a.注浆孔数。注浆孔的孔数按下式计算:N=π(D-2A)/L。计算得 N=8.3，取 8个(见图 1)。b.径向倾角 。α=tg-1(S+A)/H 。计算得:α=5°。

2)复合型止浆垫。a.混凝土止浆垫厚度计算:根据平底型止浆垫公式:Bn=P0r/[σ]。计算得混凝土止浆垫厚度 Bn=0.82 m～1.02 m，止浆垫厚度取1.5 m(见图2)。b.设滤水层。止浆垫混凝土施工前需铺设碎石滤水层，以便在维持排水条件下砌筑混凝土，保证止浆垫混凝土施工质量。滤水层厚度计算:A=tq/3.14βr2+0.25。计算得A=0.8 m。滤水层内埋设一个钢板加工的滤水桶，滤水桶尺寸为直径0.55 m，周圈钻出10 mm～20 mm的滤水孔，顶部焊接一个特殊加工的法兰盘，桶盖上安装一个φ 108 mm，10 kg以上的高压闸阀。

3)埋设孔口管。先将矸石面找平，开始按照设计位置布置孔口管，并固定牢固，然后按设计敷设0.8 m厚的碎石滤水层，止浆垫混凝土浇灌7 d后，扫掉孔口管内水泥砂浆并试压1.5倍静水压力，不漏即为合格，否则，注双液浆加固孔口管直至合格为止。

4)垫混凝土浇筑。为防止止浆垫混凝土与井壁间漏水露浆，要求止浆垫与井壁重叠0.7 m，且在重叠段将井壁周圈用风镐凿成麻面。止浆垫浇灌混凝土之前，先在碎石面上均匀铺设一层红砖，在红砖上面铺两层风筒布，止浆垫混凝土就直接浇灌在风筒布上面。同时将散水集中在滤水桶内，防止稀释混凝土。混凝土浇筑，采用井筒施工的地面混凝土配制，经混凝土输料管浇筑。浇筑要连续施工，加强振捣，加NC-4混凝土早强减水剂，掺量为水泥重量的4%。

5)垫滤水层注浆。混凝土止浆垫养护7 d，开始对碎石滤水层和矸石层注单液水泥浆，即采用注浆泵通过孔口管或φ 50 mm无缝钢管对滤水层注浆，注浆压力为3 MPa。

6)岩帽加固、试压。碎石滤水层注浆结束后，采用潜孔钻机将注浆钻孔钻进超出注浆孔口管底口0.5 m，然后注单液水泥浆加固，直至注浆压力达到2倍静水压力。

7)注浆孔的施工。注浆孔采用一台KQJ-100B型潜孔钻机，配φ 50 mm 钻杆、90 mm冲击钻头施工，钻孔孔径90 mm，用清水作循环液。在打钻进入含水层之前，要在注浆孔口管上安设φ 100 mm高压球阀，以防钻孔时含水层突水造成淹井事故。

3.2 井筒掘砌

3.2.1 外壁施工

1)打探眼:a.使用5 m长钎子杆打眼，无水后掘进 2 m;b.井深70 m～80 m打3个探眼;井深80 m～90 m打至少4个探眼。2)掘凿时，尽量采用风镐破岩。当风镐挖不动的情况下可采用放震动炮:a.炮眼深度1.1 m。b.放震动炮时一次装药量不准超过12 kg。3)下掘段高的确定:a.井深70 m～80 m，一次完成。b.井深78 m～91 m，外壁掘砌采用段高1.0 m。c.井深91 m～92 m，内外壁连成一体，自下而上套内壁。4)砌壁:采用金属组合式模板，一节21块，每块之间使用φ 18螺栓连接。浇筑混凝土时，采用对称式浇筑，防止模板移动，一次浇筑混凝土厚度不超过200 mm。同时使用电动振动棒振捣，增加混凝土的和易性和密实性，保证混凝土的内在质量和表面质量。

3.2.2 内壁施工

1)绑扎钢筋。将竖筋和环筋均加工成4.5 m长，环筋按照设计圆弧加工，竖筋和环筋采用搭接方式绑扎，搭接长度35d。第一节钢筋底部竖筋预留搭接长度。

2)模板施工工艺。使用井筒模板作内壁模板使用，段高为3 800 mm，混凝土浇筑一节后停止，将模板提起，边提边绑扎钢筋。依次循环将内壁施工完。

3)混凝土施工。按照实验室提供的C35混凝土配合比进行配制，严格控制水灰比。保证模板提起后混凝土不能发生变形。采取分层对称浇筑，每层厚度300 mm，并设专人用振动棒进行振捣。浇筑工作不需很快，但必须保证连续浇筑。

4 井壁监测

1)由于采空区覆岩破碎带的特殊性，外井壁与破碎带间的摩擦力很小，为防止施工过程中井筒出现裂缝或滑落，在破碎带以上井筒中埋设拉应力计，用来检测施工中井筒应力、应变情况。2)在采空区覆岩破碎带中含有一层砂岩，其上下方泥岩的破碎程度、力学性质可能不同。因此在泥岩与采空区位置的井筒中分别埋设一层检测仪器，可以比较全面的了解井筒应力、应变发展规律。3)监测系统。在井筒内每个测试水平上安装专门制作的电缆接线盒，应变计与压力盒用 HR 10×1型电缆与KVV22-24×1型电缆相联结，再将3个监测水平的3组KVV22-24×1型电缆引到井筒梯子间后汇集到SS-Ⅱ型台式数字钢弦频率接收仪，然后通过人工读取监测数据，进行数据整理。4)压力传感器布置:每一测层埋设8个压力传感器，沿井筒断面均匀布置。

5 施工效果及体会

随着煤矿建设的发展，立井穿过采空区设计很多，施工方法多种多样，本文介绍的采取注浆加固方案比较可行，工艺简单，便于操作。配合井壁压力检测手段，确保井筒安全。

2005年9月施工完，经过多年生产使用，质量好，钢筋混凝土井壁没有发生开裂，透水渗水现象。

[1] 吁 磊，蔡官民，邹循华.浅析地下工程防水综合技术[J].山西建筑，2008，34(18):133-134.