立井快速通过纵向裂隙含水层施工分析

在煤矿的开采过程中，矿井立井的井筒施工过程中，以及部分施工团队的实际施工过程中，首先需要开展的工程勘察内容，就是围绕施工的地质资料进行实地勘测，用以清楚表述煤矿中的含水层，但在实际的施工期间，该类问题会在施工推进中逐渐显现，影响采矿工程的开展效率。在此类问题中，含水层主要呈现的是纵向裂隙形式，仅是单纯地应用传统的止浆垫注浆已经无法满足立井煤矿的开采需求。基于此，针对立井快速通过纵向裂隙含水层施工这一课题进行深入研究具有重要现实意义。

1　工程概况

某煤矿位于潞安地区某村内，是回风立井井筒以及相关的硐室工程，井筒的直径、净断面及垂身的参数值分别为7.00mm、38.48m²、481.0m。根据工程的勘测结果进行了一系列的整理，得出了井筒检查孔地质报告，其回风立井表土段的参数为0~20.38m，风化后的基岩段参数为20.37~60m。在进行表土段的勘查时发现，该段土层较浅，在井壁的结构设计上也比较简单，据此，施工人员采用的施工方法是普通的凿井法。

在进行工程的勘察过程中，含水层的数量十分多，为了不影响煤矿的开采进度，决定采用边开采边施工的方式加以解决。在开采至纵向深度为158m时，开采清渣工作完成后进行涌水勘探，通过对探孔的勘察发现，工作面并未出现该类问题，决定直接进行打眼施工，工作面共打20个眼，深度为4.5m，出现了两个孔眼涌水，涌水位置约为3m处，涌水量大约在54m³/h，此时工作面开始出现渗水问题。

2　工程水文地质分析

2.1　地层分析

通过对某煤矿风井检查孔中资料的分析后发现，该煤矿主要由第四系地层、二叠系上、下石盒子组地层组成，下面将针对该3种地层状况进行研究。

（1）第四系地层。在该地层中，厚度为20~30m，预估的井筒揭露第四系厚度为23.2m，上部为灰褐色的亚粘土，中部是褐红色土壤，下部为褐黄色的土壤，在地层的顶部位置，粘土的韧性何土壤的软塑强度相对较低，中部与下部之间的粘土则具有比较不错的硬塑性能。

（2）二叠系上石盒子组地层。在该地层中，预估的井筒揭露为357.4m，揭露的深埋度为2.3~378.2m。上部由灰褐色的泥土和粉砂岩共同组成。中部主要由灰绿色砂砾岩及灰白色细砂岩共同组成。下部主要由灰色的泥岩组成。

（3）二叠系下石盒子组地层。在该地层中，预估的井筒揭露为82.4m，揭露的深埋度为378.4~462.2m，主要是由灰色的中、细粒砂岩，灰色的泥岩和粉砂岩共同组成。

2.2　水文地质分析

通过对某项煤矿开采工程的有效分析能够发现，经过对回风井检查孔水文观测后得出，含水层的静水位是72m，共包含7层的承压含水层，总体厚度大约为69.4m。在水质的勘探上，检测出水质类型是HC0₃-Ca，PH值7.8，总体硬度为275.62mg/L，含水层涌水的详细预测结果见表1。

表1　含水层涌水的详细预测结果

在预测出上述数据内容后，通过实际的施工处理发现，某煤矿施工项目中共含有9层含水层，除表中内容外，还存在纵向裂隙含水层，在该类含水层中，涌水量问题十分严重，高达76.7m³/h。由此可见该煤矿工程水文地质条件的复杂性。

３　立井快速通过纵向裂隙含水层施工方案分析

3.1　通过埋管施工实现控水目的

在立井快速通过纵向裂隙含水层的施工过程中，为有效实现控水目的，需要做好埋管施工，具体施工操作如下：

（1）按照实际的出水孔眼的深度、直径等相关资料进行详细勘察，本次施工中的孔眼深度是4m，直径是55mm，初期的打眼出水深度是3m，所以需要使用的注浆管规格应为Ф42mm，长应为4m，才能更好地与管口焊接进行直通配套。

（2）将高压球阀连接起来，在距离管口2.8m处进行焊接圆盘，规格为Ф8mm。

（3）在注浆管的下方，还需要安装止浆圈，在材料的选择上，应该选用规格为Ф55mm、厚度为5mm的2层胶片垫圈。

（4）进行上下两侧的棉纱绕缠时，应该确保绕缠的直径小于孔径50~100mm内。

（5）在注浆管的下侧位置，应该作业出相应的主注浆出口，每一个出口之间需要间隔50mm的距离。

（6）在出口中，插入出水孔，使其外漏长度保持在100~200m之间。

（7）在上侧孔之处，还需要使用双液浆进行现场封实。需要注意的是，除上述施工技术外，还应该严格按照注浆孔出水孔的孔眼、出水深度进行注浆管的深度调节设置。同时，在施工过程中，必须将所有注浆管中的球阀全部打开，与注浆管线进行连接，实现最终的控水和排水目的。

3.2　施工检查孔作业

根据工程概况可知，运用超前探孔在进行工作面涌水的施工时，发现了2个孔眼存在出水问题。经过专业技术人员的初步判断后得出，采矿工程中的下部围岩应该相对比较完整，含水层的特征是纵向裂隙含水层。在了解到该内容后，为了确保后续注浆管施工的实际注浆效果并有效完成治水任务，需要首先在2个连轴线中间部位进行检查孔的打眼施工，然后在垂直轴线的两侧再打出1个检查孔。当检查孔中未出现含水层时，需要深入检查直至超出含水层1m以上，而无水位置需要在最深含水层底部的区域进行下方的深探2m，最终判定出含水层上面、下面的高度参数，并分析整理出隔水层的厚度参数。

3.3　利用施工有效加固煤能源工作面的稳定性

在施工过程中，已经判断出煤矿的特性，即纵向裂隙含水层，在工作面上，出现的渗水点主要是原放炮震动影响下所产生的裂隙地带。按照此次的施工资料和以往施工经验，以及对于检查孔的有效整理能够得出，此次工程的施工裂隙带纵向长度应处于1~1.5m之间，此时，为了确保工程的实际注浆施工质量，完成埋设注浆管施工任务后，还应及时选用Ф42mm型号的短注浆管为井筒作业的面以及周边围岩进行注浆，短管的长度需要保持在1.5m左右，最终形成整体性更强的岩帽。

3.4　含水层的注浆施工

在某项煤矿立井开采施工期，在纵向的单裂隙含水层施工项目中，多数含水层所处的位置均是岩石自身的整体性比较良好，但是裂隙不发育的岩石中，这时如果产生涌水现象，并不会对其周边所开展的其他煤矿开采活动造成影响。在这一前提下，进行该区域裂隙含水层的施工时，在立井井壁的两侧交界连接裂隙处运用注浆进行封闭即可完成施工。在进行注浆压力的设定时，首先应该将水压的具体数值测量出来，然后根据水压数值确定注浆压力数值，此时需注意的是，应该确保前者是后者的2~4倍。在进行注浆液体的调配时，在比例的设置上应按照水:稠浆为2:1的配比进行施工注浆的调配。当注浆的压力已经处于规定范围内时，可以将按照1:1的比例配比出来的“水泥-水玻璃双液浆”应用在立井纵向裂隙含水层进行封堵。之后，在注浆作业期间将其他的注浆孔打开，作为观察孔的功能进行使用，以更加有效地掌握浆液的实际注入状况。

3.5　检验孔施工处理方法

在立井快速通过纵向裂隙含水层的施工过程中，为确保注浆工程的施工效果，在注浆施工完成之后，必须预留出8h的时间静待浆液稳定。8h之后，施工人员需要在现有的眼孔连接轴线的两侧与井壁靠近的位置进行打眼施工，在施工的过程中，需要确保施工的深度必须比原来用于检查钻孔深度的1m以上，才能最终保证整个施工工程注浆效果检验的真实可靠性。

3.6　煤矿开采的开挖掘进施工

在立井快速通过纵向裂隙含水层的施工作业活动开展期间，除上述施工工序之外，还需要进行打眼施工，在接近含水层注浆交接面时，需要做好距离勘察工作，最佳的施工距离为1.5m，在这个距离之内，不可以直接按照普通的装药方式进行放炮开采煤矿。在具体的施工过程中，还应该在煤矿区多打一些孔眼，放松动炮。当然，也可以在正常的挖矿掘进后在采矿范围内使用风镐进行刷扩，此时需要注意的是，必须在最短的时间内通过该矿段，才能确保最终的注浆施工效果达到理想状态。

4　立井快速通过纵向裂隙含水层的施工效果

通常情况下，应用普通施工方法进行立井式煤矿开采施工时，经常会遇到含水层比较多的施工问题，在本次施工中也是如此。在这一基础上，某煤矿施工期间采用了立井快速通过纵向裂隙含水层施工方案，具体的施工效果如下：

（1）针对水平含水层及相应的裂隙发育含水层进行施工，采用全新的止浆垫工作面注浆施工作业，有效地节省了施工工期，仅需25~40d。

（2）在施工过程中，遇到了纵向单裂隙含水层问题，所以采用加固岩帽方法、止浆塞注浆方法进行施工作业。与此同时，还配合了放松动炮、人工刷扩配合及永久支护通过含水层的方法进行统一联合施工，需要维持7~10d的工期时间。

（3）在某煤矿开采的工程施工过程中，应用新的施工方法在第1~9层的含水层施工都十分顺利，整个工程的全井筒用水量已经有效低于3.2m³/h，顺利通过了专业团队的工程竣工验收。

5　结语

综上所述，在煤矿资源的开采过程中，想要有效保障采矿效率，一方面，需要做好含水层位置的施工，尤其是在立井井筒方面的施工呈现，更应该保证质量；另一方面，在具体的施工过程中，不仅需要做好工程的防水管控，还需要针对立井地面进行有效的预注浆施工，提升立井井面的平整度，为后期施工开采节约成本，同时也能够为工程效率的提升奠定基础。

参考文献

[1]王志刚．崔木煤矿立井井筒强行通过巨厚砾岩强含水层的技术经验浅析[J]．价值工程，2016，35（3）．

[2]孙虎，丁伟强．新疆哈密大南湖五号矿井副斜井含水层段混凝土地坪浇筑施工水处理工艺浅析[J]．工程技术：文摘版，2016，29（11）．

（作者系中煤第五建设有限公司第三工程处高级工程师，在职研究生）