B060312 特殊地层的斜井施工.doc

特殊地层的斜井施工何清江 金海城 涂忠惠 王忠贤 孟庆江 依太雷 姜忠海 刘广战 张祥林【鹤岗矿业（集团）公司，黑龙江 鹤岗154100】摘要介绍峻德矿在施工地面安全通路过程中，斜井过强含水流砂层和软岩风化层等特殊地层的施工方法和支护形式，并对各种施工方法和支护形式进行了分析。关键词强含水流砂层 软岩风化层 斜井施工 支护设计 疏水 注浆峻德矿地面安全通路是井田南部由地表通往一水平回风标高+120m的一条斜井，中间穿过47m厚（井筒穿越长度118m）的含水流砂层和20m厚的软岩风化层（井筒穿越长度50m）。这条斜井2002年11月开始施工，几经波折，于2005年7月成功穿越含水流砂层和软岩风化层。在施工初期，由于没能有效地控制住工作面的涌水、涌砂，工程多次受阻。近四年的漫长工期，反映了在强含水流砂层和软岩风化层中探索有效的治水、治砂方法和支护手段的艰难过程。这项工程的最终完成为峻德矿消除了矿井系统上最大的安全隐患，也为今后建井和类似条件下的巷道施工提供了丰富的治水、治砂和支护上的实践经验。1 概 况1.1井田概况峻德煤矿为鹤岗煤田最南部的一个矿井，井田大部分处于鹤立河河谷区，地势东高西洼，洼地面积占2/3左右，区内鹤立河人工改造的河道在井田西部边界通过。峻德矿属于水文地质条件比较复杂的矿井。煤系地层上方无隔水层，直接与上覆的第四纪含水砂层接触，砂层厚度2260m，由北向南增厚。含水层深度在630m之间，矿井北部疏干基本达到开采条件。第四纪冲积层孔隙潜水（砂层水）的形成，受本区自然地理条件所控制，主要补给水源为大气降水及井田西侧鹤立河的侧渗河水。因此，砂层水对一水平生产影响非常严重。1.2工程简况安全通路是峻德矿用于一、二水平敷设瓦斯抽放管路、采区灌浆管路以及井下发生灾变时人员撤往地面的通道，是通往地面的唯一一条斜井。这条斜井设计全长189m，其中穿越砂层的部分118m、穿越软岩风化层的部分50m、深入基岩的部分21m，坡度26，净断面积8.0m2。安全通路地表标高+235.2m，砂、岩交界标高+188.3m，砂层厚46.9m（如图1）。砂体具有较弱的胶结性，一旦被揭露，在水力的作用下将显示出明显的流动性，水位越高，砂体的流动性越大。砂层给水率18%，渗透系数34m/昼夜，大气降雨补给率22%。砂、岩交界处有20m厚的风化岩，经水浸泡风化后形成软泥岩，容易坍塌。图 12 支护设计及施工工艺安全通路的施工经过的流砂层分2个阶段：不含水砂层段和含水砂层段。2.1 不含水砂层段2.1.1 支护设计矿用工字钢棚（设底梁），每0.5m架设1对。棚子之间用钢带焊接，用木板护帮护顶，木板后背稻草用以防止跑砂（如图2、3）。然后进行二次支护混凝土发券，相邻两对支架之间用混凝土灌平。 图 2图 32.1.2 施工工艺安全通路的井口部分（10m）采用普通方法开槽，按上述的支护设计架设铁棚，形成井筒，钢带焊接，然后将地表以下裸露部分掩埋。接下来即开始进行井下的掘进和支护工作。具体的工艺过程是：先在工作面第一架棚处左右各打一道靠帮拉线（12.5mm钢丝绳），拉至工作面后方5m处的底梁上，并用10t手动葫芦拉紧（如图4）。按照设计方位和坡度，在工作面上方向前用尖锹或扁铲挖出宽150200mm、高400mm、深650mm的砂洞（如图5）,然后向两帮扩展至设计宽度并及时用木板护顶，木板上方背好稻草。接下来，在工作面每一架棚梁上左右各固定一个搬钩，用搬钩将2根1.5m长的工字钢吊起，并前探至砂洞底部，在吊起的两根工字钢前端将新的棚梁挑起，并移到预定位置。2根前探工字钢的后端在后一架棚梁之间垫上木砖，并用木楔紧固。图 4图 5棚梁临时固定后，沿两帮设计轮廓自上而下分行进行刷掘，每行高度150200mm，如图6，并及时用木板护帮。当砂体胶结性差时，可用木穿楔代替倒插板。刷掘至设底梁位置后，立棚腿、下底梁、打筋巴力，将钢丝绳拉线前移并拉紧，工作面后的第2架与第3架的顶梁和棚腿用钢带焊接。图 62.2 含水砂层段2.2.1 稻草嵌入法含水砂层段的支护设计基本上没有变化，但施工工艺有一些重要变化。这主要是工作面采用全封闭步距式前进，帮顶打穿楔，工作面推大板，用稻草嵌入砂体，使砂体固化，达到渗水不跑砂的效果。2.2.2 地面疏干为了有效地治水，施工后期采用了地面局部疏干的措施。地面疏干主要是在地表的井筒两侧靠近工作面的位置，距井筒20m范围内打2个疏干井，用250QJ125-96/6型疏干泵连续抽水疏干，使工作面附近的水位降低。2.2.3 井下预注浆井下预注浆主要是采用向工作面5m长巷道的四周注双液浆的方法形成阻水墙。砂体通过注浆与浆液混合胶结，形成稳定承压的人造岩体结构。为了取得好的注浆效果，注浆压力要达到静压值的22.5倍。注浆参数的选择：扩散半径：根据安全通路穿过的含水砂层的特征，浆液的扩散半径取0.3m。注浆压力：工作面前方终压为6MPa，巷道四周终压为10 MPa。注浆孔的布置：顶板孔距0.3m、孔深4m。两帮及底板孔距0.5m、孔深0.51m，短孔（0.5m）与长孔（1m）呈五花布置。注浆材料：采用水泥、水玻璃双液浆，水泥为525#普通硅酸盐水泥，水玻璃模数为2.83.5、波镁度为3.54.5Be，水泥与水玻璃的体积比为1：0.4，水灰比为0.75。 浆液配比的掌握：在实际注浆过程中，配比要根据实际情况的变化而变化。一般来说，注定向管或堵漏水时水灰比可以下调0.10.2，水玻璃浓度可以上调0.10.3。这种配比的特点是浆液凝结速度快，但在砂体内的扩散能力较差。进入加固砂体阶段，长管注浆在不跑浆的前提下，水玻璃与灰浆的配比为0.10.25，甚至可以注单液浆，水灰比可以增大0.20.3，其目的是使浆液扩散的范围更大，有利于掘挖。2.3 软岩风化层软岩风化层在被水浸泡时不具有流动性，但揭露后会随时坍塌、片落。因此，在掘进过程中以推大板为主，注浆工作可以停止，但地面疏干和井下抽水工作仍要继续。3 结 论通过安全通路的施工实践得出的主要经验是，在砂层特别是含水砂层中掘进巷道，首要的任务是治水，防止砂体的溃流。治水、防砂必须采取井上下综合治理的方式进行。通过插稻、预注浆、地面疏干等方法最大限度地保持巷道周围砂体的整体性和稳定性，保证支护工作顺利地进行。特别是地