井筒地下潜水溢流倒灌水患治理技术_贾传伟.pdf

第 47 卷 增刊 1 煤田地质与勘探 Vol. 47 Supp.1 2019 年 9 月 COAL GEOLOGY 2. Zibo Mining Group Co. Ltd., Zibo 255100, China Abstract In order to solve the problem that the groundwater level rises through the main shaft and the auxiliary shaft in rainy season in Shandong Xinhe coal mine, which affects the safety of the main and auxiliary shafts. To control the groundwater and ensure the safe and stable operation of the mine, on the premise of not affecting the normal lifting of wellbore, the s of conduit drainage, construction of brick-concrete work wall for seepage control, sand filling and grouting were adopted. Practice has proved that this cuts off the shallow pore water backflow channel under- ground, and effectively solves the problem of overflow backward at the underground level. The has obvious ef- fects on water hazard control, short construction period, low cost and good benefit. It has certain reference and populari- zation application value for water hazard control engineering in the construction of similar shafts. Keywords Phreatic water overflow; seepage; filled with sand; slurry infusion; backward overflow in shafts; Xinhe coal mine in Shandong 煤矿井筒出现溢水或涌水，将对井筒运行安全 带来极大的危害，一方面，长期的淋水将侵蚀井筒 内设备，可能出现运行事故；另一方面，水流将恶 化职工上、下井环境，还将增加排水成本等。井筒 溢水或涌水一般出现在巷道穿过含水层地段，在防 治过程中， 主要采取注浆封堵[1-2]、 壁后注浆封堵[3]、 修筑导水槽[4]、注浆帷幕[5]及环形截水巷[6]等措施， 部分矿井在单一措施效果不明显的情况下，还通过 多项措施同时开展来进行治理[7-9]； 单崇雷[10]利用水 质动态分析，对井筒出水点进行涌水来源判别，为 水害防治提供依据。 以往的治理案例，均依据现场条件来选择合适 的防治措施，大多不具有普适性，如在突水点明确 或较为集中的情形下， 不宜采用注浆帷幕工程方案； 而应采取注浆封堵通道的方式，否则将造成工程浪 费或效果较差。本文基于新河煤矿发生潜水溢流条 件， 提出修筑砖混模板墙并进行注浆的针对性措施， 有效解决地下潜水位上涨溢流倒灌井下的问题。此 方法节约工程费用，经济效益明显，可以为矿井倒 灌水害治理提供依据。 1 研究区概况 山东新河矿业公司位于鲁西南济宁煤田唐口勘 探区，本区为全隐蔽式华北型石炭–二叠系含煤地 层，煤系以中奥陶统为基底，地层由老到新发育有 奥陶系中、下统，石炭系，二叠系，侏罗系上统和 第四系。第四系厚度 196.15310.40 m，平均厚度 225.37 m，由黏土、砂、砂砾、钙质黏土及钙质层 ChaoXing 增刊 1 贾传伟等 井筒地下潜水溢流倒灌水患治理技术 53 组成，分为上、中、下三组，其中上组厚度 49.30 93.90 m，平均厚度 66.14 m，主要由棕黄、黄褐色 黏土、砂质黏土及松散砂层组成，砂层较纯净，分 选好，约占组厚的 30，富水性好，为区内工农业 生产主要供水水源。该含水层接受大气降水补给， 水位动态变化与降雨量密切相关。 新河煤矿主、副井井口标高均为38.8 m，由于 矿区第四系表土层接受大气降水补给充分，水位动 态变化与降雨量密切相关，即使枯水季节，地下潜 水位标高也保持在35 m 左右，均高于主井提风道 和副井管子道底板标高，年平均流量 10 m3/h，通过 主井提风道、副井管子道源源不断地倒灌井下，雨 季更甚，不利于井筒装备的日常维护和主、副井提 升安全，因此，需要对防治潜水溢流技术进行研究， 提出防治措施，保障井筒安全运行。 2 主、副井基本情况及溢流条件 2.1 主 井 主井井筒于 2001 年 1 月开工建设， 井筒净直径 4.5 m，井深 303.4 m，松散层段采用冻结法施工， 双层钢筋砼井壁，壁厚 350400 mm，砼强度等级为 C30C40；基岩段为单层砼结构，壁厚 400 mm， 砼强度等级为 C30C40。 主井最初设计为矿井主提 升兼回风井，井口以深 7 m、井筒北侧建有开口断 面 2.7 m2.3 m 的上山30提风道，提风道采用砖 混结构砌筑，2014 年在完成专用进风井通风系统安 全技术改造、主井变为进风井后，提风道拆除，并 将地面部分通道至主井井壁以外 1 m 的钢筋防护网 段采用碎石进行充填。由于碎石充填不密实，雨季 期间潜水位上涨后，地下浅层孔隙水通过砖缝渗入 提风道内，进而溢流入主井井筒。 2.2 副 井 副井井筒于 2013 年 11 月开工建设，井筒净直 径 6.5 m，井深 303.8 m，松散层段采用冻结法施工， 双层钢筋砼井壁，壁厚 450525 mm，砼强度等级为 C30C55；基岩段为单层砼结构，壁厚 600 mm， 砼强度等级为 C30C55。井口以深 5 m、井筒东侧 建有开口断面 3 m2.5 m 的管子道，管子道采用砖 混结构砌筑，仅用于矿井主排水管路、制冷管路、 压风管路、 防尘及饮用水供水管路等通往地面使用。 另外，在管路安装完成后对管子道斜巷段进行砌墙 封堵，并利用黄土和碎石进行回填处理。由于回填 段不密实，且管子道墙体存在砖缝裂隙，雨季期间 潜水位上涨后，地下浅层孔隙水会通过砖缝渗入管 子道内，进而溢流倒灌入副井井筒。 3 主井提风道水害治理方案 根据前文介绍，主井提风道砖墙裂缝是潜水溢 流进入主井的主要通道，因此，可通过直接注浆封 堵提风道，阻隔潜水溢流进入井筒，达到防治井筒 水害的目的。 根据主井提风道分布参数，针对性地提出采用 先设导管引流，在主井提风道口构建砖混模板墙， 并进行防渗处理，后用钢筋水泥砂浆对提风道进行 浇注和充填注浆的方法，切断地下浅层孔隙水倒灌 通道，解决地下潜水位上涨溢流通过主井提风道倒 灌井下问题图 1。考虑到主井提风道为 30大坡度 上山，单纯直接砌筑模板墙浇筑水泥砂浆，存在墙 体整体滑动外移的风险，因此，在墙体浇筑时采用 钢筋水泥砂浆面层加固方法，以有效提高砌体抗剪 性能、稳定性和固结强度，同时具有良好的防渗效 果，有助于切断地下浅层孔隙水倒流通道。 图 1 主井提风道堵水示意图 Fig.1 Water plugging of air lane of the main shaft 施工流程及各参数说明如下 ① 由主井井筒进入管子道进行水害治理，在主井 提风道口搭设简易工作平台；施工作业人员上下及物料 运送等， 均通过主井北箕斗完成， 不影响主井正常提升。 ② 将 30上山提风道下缘部位剔平 400 mm， 方便安全构建砖混模板墙；将提风道底板和两帮剔 凿成麻面，增强其与水泥砂浆的结合密实度；在提 风道底板采用冲击钻施工浅孔，埋设钢筋并与主井 外壁钢筋防护栏联接成网，保证砖混模板墙的稳定 性并提高挡水墙的固结强度。 ③ 在提风道口构建厚度 240 mm 的砖混模板 墙，墙底设 Φ50 mm 的导流管将施工期涌水引出。 ChaoXing 54 煤田地质与勘探 第 47 卷 先后刮涂水泥基质渗透结晶型防水涂料和非固化橡 胶沥青防水涂料，配合聚氨酯泡沫填缝剂，对砖混 模板墙内侧墙面进行防渗处理，再用水泥砂浆浇注 充填提风道。砖混模板墙构建和水泥砂浆浇注分层 段、间歇进行，每层段墙体高度不超过 1 m，凝固 期不低于 24 h。 ④ 提风道浇注至门口顶端， 使用聚氨酯泡沫填 缝剂将砖混模板墙顶部缝隙充填密实，并下设两条 Φ42 mm 注浆管至提风道顶部剩余的三棱柱体空间内。 ⑤ 在井口附近设地面注浆站， 用 P.O 42.5 普通 硅酸盐水泥配制水灰比为 0.75∶1 的单液水泥浓浆， 通过墙体顶部下设的注浆管靠浆液自重压力灌注， 将提风道顶部剩余三棱柱体空间充填密实。 ⑥ 注浆封堵导流管， 切断地下浅层孔隙水倒流 通道。 4 副井管子道水害治理方案 据前文说明，副井中潜水溢流主要集中在管子道 内，且管子道存在一定的施工空间，因此，可直接采 用注浆封堵管子道溢流区的措施，治理副井水害。 根据副井管子道溢流区的分布，设计先采用导 管即排水管引流，将管子道内涌水排出；在副井 管子道构建两道砖混模板墙，并进行防渗处理；后 对两墙空间进行充填注浆的方法切断地下浅层孔隙 水倒灌通道，解决副井管子道地下潜水位上涨溢流 倒灌井下问题图 2。 图 2 副井管子道堵水示意图 Fig.2 Water plugging of the pipe lane of the auxiliary shaft 施工流程及各参数说明如下 ① 由副井井筒进入管子道进行水害治理， 在管 子道口搭设简易工作平台；施工作业人员的上下及 物料运送等，均通过副井东侧小罐笼完成，不影响 副井正常提升。 ② 清理好副井管子道杂物，自井筒内壁外缘 始，在管子道平硐段构建两道间隔 2 m、厚度均为 370 mm 的全断面砖混模板墙。 墙底预留 Φ50 mm 的 导流管排水管将施工期管子道内的涌水引出；内 墙上端预留施工硐口，墙体预设 3 条 Φ42 mm 注浆 管底部 1 条、顶部 2 条。 ③ 在砖混墙体两侧，先后刮涂水泥基质渗透结 晶型防水涂料和非固化橡胶沥青防水涂料； 配合聚氨 酯泡沫填缝剂， 对砖混模板墙墙面， 重点对新建墙体 与管子道管壁及各种管路结合面进行防渗处理。 ④ 两道砖混模板墙构成的柱形空间内， 周边留 足 200300 mm 的浆液充填空隙，其余空间使用袋 装黄砂进行充填。 ⑤ 在井口附近设地面注浆站， 以 P.O 42.5 普通 硅酸盐水泥配制水灰比为 0.75∶1 的单液水泥浓浆。 首先，通过墙体底部预留的注浆管靠浆液自重压力 进行灌注，至墙体顶部预留注浆管返浆为止；水泥浆 凝固 24 h 后，再通过墙体顶部预留注浆管，配合 3642B 水玻璃加压注双液浆，将挡水墙充填密实。 ⑥ 注浆封堵导流管， 切断地下浅层孔隙水倒流 通道。 5 治理结果 为不影响矿井正常生产，主井提风道和副井管 子道的水害治理充分利用矿井月底停产集中休息时 间7 d进行，施工前准备好水泥、黄砂等相关材料 及搅拌机、注浆泵等相关设备，在月度集休停产期 间同时组织施工，最终副井管子道充填黄砂 2.5 m3、 注水泥 11.0 t，有效堵水 6.0 m3/h；主井提风道浇注 水泥砂浆 6.0 m3，注水泥 1.5 t，有效堵水 4.0 m3/h。 地下潜水位标高常年保持在35 m 左右，雨季时上 涨12 m， 而主井提风道、 副井管子道顶分别距井口7 m、 5 m，因此，潜水位高于两巷道顶面2 m 和4 m 雨季时 约为4 m和6 m， 主井提风道和副井管子道承压非常小， 地下浅层孔隙水主要通过管道壁渗流入井筒内。 在通道内构筑的封堵体主要用于隔离地下潜 水，不承压。为保证隔离效果，在构筑期间刮涂防 水材料， 同时在注浆充填期间控制注浆压力 1 MPa， 确保了封堵体水泥充填密实。两通道内构筑体施工 完成后，地下浅层孔隙水不再渗流入井筒内，地下 潜水倒灌井筒水害得到有效治理。 6 结 论 a. 不掘凿专门施工道，采用导管引流、构建砖 ChaoXing 增刊 1 贾传伟等 井筒地下潜水溢流倒灌水患治理技术 55 混模板墙进行防渗、充砂、灌注浆的方法堵水，主、 副井有效堵水量分别为 4.0 m3/h 和 6.0 m3/h， 解决了 地下潜水位上涨溢流倒灌井下的问题。 b. 在井筒内搭设简易作业平台，无需从井壁外 掘凿专门的施工道，不影响井筒正常提升。同时， 使用袋装黄砂充填柱形空间，既不影响水害治理效 果，又能节省工程费用，缩短工程工期，在相似条 件下的井筒水害治理中具有借鉴和推广意义。 参考文献 [1] 姚韦靖，庞建勇，张金松，等. 地面预注浆施工技术在井筒涌 水防治中的应用[J]. 隧道建设，2017，375630–636. 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