经坊煤矿回风立井过流砂层的施工技术

文/冯 宁

经坊煤矿回风立井过流砂层的施工技术

文/冯 宁

流砂是一种小颗粒混合沙体，粒径小、可压缩性低，流砂层多为接近于流体状态的砂粒土，在某特定压力下具有自流动性。流砂层的存在对井筒安全施工具有重大威胁。以往井筒穿过流砂层多采用冻结法或沉井法施工，但工序复杂，准备时间长，且费用较高。山西省长治经坊煤业有限公司北翼风井在过第四系流砂层施工中，采用井筒壁后注浆堵水、超前小井排水、双层井壁与板桩超前支护相结合的施工方法，安全通过了3.29m富水流砂层，保证井筒施工的正常进行，其技术经济效益显著，对相似立井过短段流砂层具有很好的借鉴作用。本文对经坊煤矿回风立井过流砂层的施工技术进行了阐述。

一、工程概况

经坊煤矿北翼回风立井位于长治县北呈村东北侧，井筒净径6m，掘进断面为7.2m；表土段采用钢筋混凝土浇筑，混凝土壁厚600mm，双层钢筋加强支护；环钢筋直径为20mm，竖钢筋直径为18mm，钢筋内保护层厚度80mm，外保护层厚度70mm，混凝土强度为C35；基岩段采用混凝土砌碹支护，厚度400mm。井筒施工至-24.5m处，揭露地质情况为粉砂，厚度为3.26m，表土段施工过程中，井壁出现片帮，涌水量高达12.8m3/h，采用超前注浆堵水效果不佳，浆液停滞在松散层与流沙层交界面便停滞不前,不能深入固结流砂层。

经多方论证研究，根据经坊煤矿北翼回风立井第四系地层涌水量大，但厚度小（3.26m）的特点，从经济上合理、技术上可行的角度考虑，采用井筒壁后注浆堵水，超前小井加大排水，双层井壁与板桩超前支护相结合的综合施工方案，成功穿过流砂层，以保证项目施工的正常进行。

二、施工技术方案

1．上行式分段对称壁后注浆

因井筒涌水量过大，须先对井筒进行壁后注浆堵水，降低涌水量，为安全施工流砂层创造条件。经坊煤矿采用“上行式分段对称壁后注浆”的作业方式从井筒-23.5m处开始由下向上进行壁后充填注浆和井壁接茬缝封堵，壁后注浆采用以水泥单液浆为主，水泥-水玻璃双液浆相结合的注浆方式，单液浆水灰比1∶1，双液浆配合比为1∶0.5。水泥选用P.O42.5R水泥，水玻璃选用液体硅酸钠型。注浆孔深度以穿透井壁为宜，打孔完毕后埋设Φ32mm的注浆管，注浆管安好阀门及混合器后连接输浆管路系统，进行注浆，当注浆孔不再吸浆且注浆压力达到4MPa，可结束注浆。

2．超前小井排水

井筒掘至距离流砂层3m时，在圈径上均匀布置6个探孔，以探明流砂层的具体位置和涌水大小。在掘进工作面中央挖掘1个直径1.5m、深1.4m的超前疏水小井，超前小井内安置滤水桶,压入沙中,保持桶顶高出沙面300mm,并随掘进下落,移入备用大泵,专人维护排水,使桶内水位低于工作面0.5m。滤水桶采用10mm厚钢板弯焊加工,直径1.3m、高1.7m、下部1.2m外包铁纱网为镂空状，外包缚铁纱网滤水。用水泵直接将水排至地面。井筒施工中，疏水小井要始终超前于掘进工作面，使工作面流砂层中的水及时得到疏干，提高流砂层的稳定性。

3．双层井壁与板桩结合

施工采用短掘短砌，分段作业，流砂层厚3.25m分4段施工。将井筒永久支护至距离流砂层2m，并把井筒的掘进直径扩大至7.8m。井筒掘进至距流砂层0.6m时，利用永久井壁下预留的外层Φ20钢筋来固定安装井圈，井圈用18#槽钢加工而成，井圈直径为7.8m（井筒设计掘进直径为7.2m），板桩用10#槽钢加工，前端隔成15°斜角，长度为1.5m。槽钢背板正反咬合与井壁10°夹角插入，与尾部外露平齐，不超过井圈100mm，如图1所示。

分段内井壁均采用双层井壁,外壁厚300mm，用以固定板桩及井圈，内壁按原设计600mm，钢筋按原设计置于内壁，总壁厚为900mm。内外壁模板均为1m×1m，钢模厚5mm，工作面放一台流量20m3/ h、扬程500m的潜水泵排水，井口放一台同型号潜水泵及一台流量50m3/h、扬程200m潜砂泵备用。

施工按段高1m掘进并浇筑外壁，井圈、板桩即成为永久超前支护。完成4个段高后，外壁超前浇筑1m，再由下而上逐模浇筑内壁，全断面封闭结束。

三、施工方法

井筒壁后注浆堵水前，井筒涌水量达12.8m3/h，经36小时注浆堵水，井筒涌水量降至3m3/h，堵水效果显著。施工进入流砂层后，水量加大，为8m3/h，超前疏水小井及时排水，保证桶内水位低于工作面0.5m，为井筒的安全掘进创造条件。

开挖前，先进行板桩超前支护，为开挖井筒创造条件，防止井筒发生片帮造成断面过大发生事故。先架设井圈，井圈固定在井筒竖筋上，并均匀布置六根2.4m、Φ22螺纹钢锚杆，将井圈固定在井壁上，防止井圈下沉，然后沿着井圈上沿，以夹角10°，间距0.5m打设板桩，板桩不超过井圈100mm，板桩打设完成之后进行外壁浇筑，壁后300mm。

井筒开挖采用短掘短砌分段作业，段高为1m，开挖井筒采取“先中间后两边”的开挖方式，先开挖井筒中间部分，深度达到段高1m后，再逐圈刷帮直设计荒断面7.8m。然后再次架设井圈打设板桩，完成后进行外壁浇筑。

开挖过程中，板桩壁后可采用50mm松木板和废旧皮带填补板桩间缝隙，充填挡砂，底部采用Φ42mm钢管插入流沙层进行模板固定，模板间采用螺栓连接。井圈模板随掘进自重向下移动，循环进尺1m。

当施工穿过流砂层并超出1m后，进行内壁整体浇筑。

图1双层井壁与板桩超前支护示意图

四、结语

1．上行式分段对称壁后注浆，有效降低了井壁涌水量，为施工流砂层创造有利条件；

2．超前疏水小井的开挖，保证穿过流沙层时，积水始终低于井筒底板，保证了井筒施工的安全及工程质量；

3．双层井壁与板桩超前支护相结合，有效控制了流砂层开挖时易发生片帮的问题，不仅保证了人员施工安全，而且可安全快速穿过流砂层。

4．本文采用的双层井壁与板桩结合，超前小井排水的过流砂层施工方法，工艺简单易操作，技术经济效益显著，对立井井筒过富水流砂层提供了借鉴。

（作者单位：山西省长治经坊煤业有限公司）

（责任编辑：周 琼）