对淮南矿区冻结井水文孔不溢水问题的探讨

张步俊

(中煤第五建设有限责任公司第三工程处，江苏徐州 221000)

1 概述

立井冻结水文孔的溢水与否是冻结壁是否交圈和井筒是否具备开挖条件的标志。工程实践中，经常出现水文孔不溢水或推迟溢水等情况，影响井筒开挖决策和施工工期安排。探讨和分析水文孔不溢水问题，对立井冻结工程具有十分重要的现实意义。

淮南矿区立井井筒施工绝大多数采用了冻结法，30多年共计施工冻结井筒45个，最大冻结深度560 m，累计冻结长度超过15 km，可以说，淮南矿区的深立井冻结技术是我国冻结法凿井发展历程中的“浓妆彩墨”。在淮南矿区已施工的冻结井中，冻结水文孔不溢水或推迟溢水等井筒不在少数，本文通过总结水文孔不溢水问题的原因，着重分析和探讨淮南矿区水文孔不溢水问题，以此提出在淮南矿区进行冻结水文孔设计与冻结施工的一些建议。

2 对水文孔不溢水问题的原因分析与检测

水文孔不溢水可以归结为:自身原因和外部影响原因。总结大量工程中出现的情况，可以将水文孔不溢水或推迟溢水问题的主要原因归结如下:

水文孔不溢水的原因:

1)水文孔花管过滤位置错误或受现场施工影响造成花管位置阻塞。

2)水文孔固管不严实造成冻胀水不从管内溢出，而从管外壁或井筒周边其他裂隙通道溢出。

3)水文孔自身或焊接质量问题。

水文孔推迟溢水的原因:

1)冻结站供冷量不足。

2)水文孔单孔多含多层或单含多层的报道引起以水文孔为通道的地下水串流。

3)冻结孔相邻孔间距过大。

4)冻结井筒周边地下水的走向与水势影响。

5)其他原因，如:井筒直径、地层含水率、地温、地层盐水等。

3 淮南矿区冻结井水文孔溢水情况分析

表1列举了淮南矿区部分冻结井水文孔不溢水或推迟溢水等情况。

表1 淮南矿区近年来部分井筒水文孔报道情况

通过分析，可以将主要原因归结为:

1)采用单孔多含多层报道或单含多层报道形式是水文孔推迟溢水的主要原因。由于各含水层之间承压水头不同或冻结孔偏斜差异导致各含水层交圈时间不一样，易引起以水文孔为通道的地下水穿流现象。如:顾北矿副井采用1个水文孔同时报道2含和3含砂层，水文孔溢水滞后20 d;朱集矿副井2号水文孔报道2含砂层多达9层，谢桥矿二副井2含报道砂层7层，报道层位过多极易造成地下水的穿流引起冻结壁难以交圈。

2)地下水流速过快:淮南矿区大多数矿井取水源在表土第一含水层，若水源井在水流下方或工厂区域抽水量过大都会引起地下水流速度加快，影响冻结壁交圈。同时，当原始地层受到外界扰动时，地下活动水水势将发生极大改变，也会影响冻结壁的交圈。如:顾桥矿南区进风井在水流下方设有2个水源井作为工厂取水源，造成2含和3含都溢水后1含还未冒水，后将水源井停用后5 d水文孔即溢水。潘三新西风井冻结井距离原老风井仅60 m，受原西风井地层扰动的影响，2含280 m段存在流速较快的地下活动水影响了冻结壁交圈时间。

3)井筒冻结深度深、井筒直径大:井筒冻结深度深，地温就高，冻结钻孔偏斜就大，地层需冷量大，冻结壁交圈时间就会延长;井筒直径越大，冻结壁对井筒内部地下水的挤压时间越长，水文孔溢水时间也会延长。如:丁集矿副井冻结深度565 m，井筒净直径8.0 m，水文孔溢水时间比理想的设计时间推迟34 d;丁集矿风井受主圈Z1孔～Z50孔间距过大的影响造成495 m处难以交圈，水文孔溢水时间推迟。

4 对淮南矿区冻结井水文孔设计工艺与冻结工程施工建议

通过分析和探讨淮南矿区水文孔不溢水问题的原因，在淮南矿区进行冻结水文孔设计与冻结施工应注意以下几点:

1)水文孔设计不宜采用单孔多含混合报道，在采用单含多层报道时，同一含水层报道层位不宜超过5组，且应选取含水率较大的砂层设置花管，固管要严实。

2)井筒积极冻结期开始至井筒试挖阶段，井筒水流下游水源井需要停用，新打钻的水源井应布置在井筒水流上方，且应远离井筒超过30 m为宜。

3)大直径、大冻深和受地层扰动过大的冻结井中，受地层的隐蔽性、钻孔偏斜的难控性、地下水势不确定性等诸多复杂因素的影响，实际冻结壁交圈时间往往滞后设计工期的要求，进行冻结方案设计时应予以考虑。

4)对于淮南潘谢矿区的浅层流砂带，应该设置水文孔进行冻结壁交圈报道。

[1]张五兵，张 华.井筒冻结水文孔溢水的检测与分析[J］.煤炭技术，2002，21(10):51-52.

[2]汪仁和，金 川.对深井冻结凿井中水文孔不溢水问题的分析[J］.安徽理工大学学报(自然科学版)，2008，28(3):19-21.

[3]杨家星，方 伟.口孜东煤矿主、副井冻结设计与中深水文孔推迟冒水的关系[A］.2008全国矿山建设学术会议文集(上册)[C］.2008:288-295.

[4]梁 袁，赵久良.刘庄矿主井冻结水文观测孔异常出水处理[J］.煤炭技术，2004，23(5):74-75.