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井筒破碎带突水淹井分析及处理
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内容提示：安徽淮北大演武煤矿设计采用1对立井开拓。混合井、风井设计全深为246m和136m，净径分别为φ5.0m和φ3.5m，松散层底界埋深为79m和81m，基岩风化裂隙破碎带厚度实测为40m和38m.混合井与风井冻结深度均为100m.混合井井壁结构92m以上是双层钢筋混凝土井壁，92～100m为混凝土单层井壁；风井92m以上为双层钢筋混凝土井壁，100m以下为混凝土单层井壁。
1、井筒施工概况
安徽淮北大演武煤矿设计采用1对立井开拓。混合井、风井设计全深为246m和136m，净径分别为φ5.0m和φ3.5m，松散层底界埋深为79m和81m，基岩风化裂隙破碎带厚度实测为40m和38m.混合井与风井冻结深度均为100m.混合井井壁结构92m以上是双层钢筋混凝土井壁，92～100m为混凝土单层井壁；风井92m以上为双层钢筋混凝土井壁，100m以下为混凝土单层井壁。（参考《建筑中文网》）
风井于1993-11-26开始冻结，1994-01-25开挖，1994-03-17掘筑至93.2m时停止，在井底砌筑混凝土止浆垫后，向上砌内壁，套壁结束后，即转入工作面探水注浆。共钻5个孔，注入水泥610.5t.在止浆垫基本拆完时，井底东南方向和少量出水，随后水量渐增，并含和泥砂，涌水量达94m3/h，强行排水可能造成壁后泥砂下泄，因此停止排水，井筒被淹。
混合井于1994-01-29开始冻结，1994-04-13正式开挖。1994-06-07掘筑至井深94.1m时，在井底构筑混凝土止浆垫后，向上套壁，套壁结束即转入工作面探水注浆。共钻孔2个，孔深55m，钻孔涌水量均为0.14m3/h，注入水泥21.1t.在拆除止浆垫下掘至深95.3m（破止浆垫后下掘1.2m）时，井筒东南方向风化破碎基岩片帮约20m3后出水，初始水量76m3/h，随后迅速增至124.8m3/h，含泥砂，后停止排水，井筒被淹。
2、井筒地质、水文地质条件
煤系地层之上沉积了平均厚约81.13m第四系松散层，赋存4个含水层。其中，第4含水层为风化砾石层，含水较丰富，混合井、风井揭露厚度分别为7.6m和5.0m，是煤系地层直接补给水源。基岩含水层裂隙发育较差，常为方解石充填或半充填，富水性较弱。
井田位于肖县背斜西翼，其中F4正断层为主干断裂，落差由NE向SW从30～70m渐增至大于500m，倾向NW，走向18～81°，断层倾角一般为50°左右，在浅部强烈切割地层并发育牵引构造，断层破碎带发育。风井揭露断层破碎带宽度为32.45m，风井井筒实际揭露破碎带宽度为30m，岩石极为松散破碎，为灰白、紫红色粉砂、泥质角砾岩。
井筒实际揭露基岩段岩石裂隙极为发育，松散破碎，充填软泥，强度极低，工程地质条件极差。
3、突水淹井水源及原因分析
3.1突水水源
混合井、风井突水后，通过沉淀物取样观测，大部分为灰白、淡红色软泥，其中含和少量细粉砂粒。突水来势凶猛，水量大。混合井突水3h后，实测风井静水位下降了1.54m，说明两井水力联系密切、来源一致。取水样分析结果，两井水化学主要成分基本相同，又与勘探期间水样资料及邻区资料对比，都显示其化学成分与松散层底部四含水基本一致。因此认定，混合井、风井突水水源为第四系松散层底部四含水，四含水通过风化裂隙带及F4断层破碎带进入井内。
3.2突水淹井原因
（1）未施工井筒检查孔。该矿混合井、风井开工前均未施工井筒检查孔，且勘探期间井田水文地质工作程度严重不足，增加了井筒施工的盲目性。
（2）井筒位置选择不尽合理。两井筒均设计在井田主导断层F4正断层（H=290～350m）及F5正断层（H=15～30m）附近，岩石破碎、围岩强度低，致使地层富水性增强，也是造成突水淹井的原因之一。
（3）井筒冻结深度问题。两井筒冻结深度均为100m，都终止在导水性较强的强风化裂隙带中，不符合《矿山井巷工程施工及验收规范》中关于“井筒的冻结深度必须深入不透水的稳定岩层10m以上。当基岩下部30m左右仍和含水层时，应延伸冻结深度……。”之规定；也不符合《煤矿安全规程》中“冻结深度应穿过风化带进入稳定的基岩8m以上。基岩段漏水较大时，应加深冻结深度”的规定。
4、风井工作面预注浆
风井工作面共钻注5孔，注浆37次，钻扫孔进尺1645.8m，注入水泥610.5t、水玻璃4865kg，终孔深度为53m（垂深91～144m），注浆终压8～9MPa，钻孔最大涌水量为68m3/h，主要出水段位于井深101～119m.
本次注浆虽未达到预期效果，但给淹井恢复后的短段掘筑施工打下了基础。一是查明了风井下部风化、软弱破碎地层厚度，摸清了地质水文条件的复杂性；二是通过注入大量浆液基本堵塞了大裂隙，降低了涌水量；三是对软弱破碎地层加固起到了一定作用。
5、淹井及风化破碎带施工处理方案
（1）两井均采用静水抛渣注浆封底，堵塞出水点，排干井内积水，给下步施工创造良好的作业条件；
（2）根据突水水源及通道分析结果，对突水点上部井壁实施壁后注浆，把壁后充填密实，加固围岩，控制泥砂下泄，切断导水通道；同时，在工作面采取边探边注边掘、短段掘筑、快速强行通过的施工方法。
6、井筒注浆及掘筑施工
6.1静水抛渣注浆封堵突水点
其工艺过程为在井筒水位近自然水位的条件下，从地面向井筒内下输料管至井底，然后向井内抛20～40mm粒级的石渣，再注入单液浓水泥浆，养护7～10d后，即进行试排水检查与排水，直至将井内水排净。其原理是在高水柱压力下，连续注单液水泥浆至下抛的石渣空隙及涌水通道中，将水挤走，自行结石，胶结骨料，并将井壁四周及出水部位充填密实，达到封水目的。
混合井、风井分别设置3路和两路注浆管，其末端安装和带底锥的花管，长度分别为2m和1m.花管采用φ50mm钻杆加工，孔眼为φ10mm，间隔30～50mm，成“五花状”排列。注浆管分别利用溜灰管、压风管、安全梯等空位下放。水泥浆采用水灰比0.75∶1～1∶1浓浆，加速凝剂。注浆终压为2～3MPa.注浆泵采用日本产HFV-C型液压泵两台，浆液制作采用两台1.2m3搅拌机。
混合井、风井抛渣厚度分别为6.5m和3.5m，注入水泥量分别为67.75t和21.5t.排水到底后，实测混合井工作面涌水量为0.34m3/h，风井为0.12m3/h，封堵水效果近100%.
6.2混合井、风井施工技术主要特点
6.2.1壁后注浆充填、加固、截水
施工时首先对两井抛渣层断壁后进行注浆。抛渣段垂深混合井为88.8～95.3m，风井为86.3～93.2m.采用YT-24型风锤，φ42mm钎头，长1.2m，2.2m，3.2m钎杆。钻孔采用同水平等距布置，与工作面夹角一般为45°，孔深一般为2.5～3.0m，上下水平间距为0.8～1m.每水平布孔数，混合井8～10个，风井5～10个不等，上下水平钻孔成“三花状”。浆液材料选用525号和425号普通硅酸盐水泥，水玻璃模数3.2，浓度38～42玻美度。以单液水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅，单液水泥浆水灰比为2∶1～0.8∶1.先注单液水泥浆，后注双液浆封孔。注浆孔口管采用φ38mm无缝钢管加工而成，打一孔，注一孔。
KBY-50/70型两种。对严重破碎部位加强注浆，对进浆量小的采取注前压稀水玻璃技术，提高了进浆量。两井采用了以上方法，顺利揭开了抛渣层。揭露原突出部位后观察，浆液充填较密实，出水量较小。在井筒继续掘筑过程中，对井帮出水点在筑壁时及时埋设导水管，养护后注浆封堵、充填，保证了掘筑工作的正常进行。
6.2.2井壁漏水的静水抛渣注浆封堵
风井掘筑至垂深102m处，井筒涌水量上升至43.5m3/h，涌水主要集中在垂深97～99m段井壁接茬缝、麻面、蜂窝及预埋导水管处，呈喷射状出水。施工期间，经常出现停电、停泵淹井现象，因此，对该段井壁漏水采取了抛渣注浆封堵井壁漏水的施工方法。
施工时，井内下1趟φ50mm注浆管，抛碎石83.7m3，注入单液水泥浆54.4m3.养护排水到底后，挖除抛渣层至原掘筑深度102m时，实测井内涌水量为0.75m3/h，封水效果达98.3%，观察发现原井壁出水点被浆液充填密实，使短段掘筑工作又能继续进行。
6.2.3取消壁座，采用单层井壁和井圈临时支护
混合井与风井原设计在99m处设壁座，正位于风化裂隙、断层破碎带中，径向需扩大2m，若按原设计施工，很可能破坏注浆帷幕，再次造成片帮透水，因此，为尽快通过风化断层破碎带，施工中取消壁座，改为双层钢筋单层混凝土井壁。混合井垂深92～107m、风井92～109.8m均为双层钢筋单层混凝土井壁，壁厚分别为0.7m和0.6m，混凝土强度等级C40.双层钢筋等都与上一段钢筋焊接，兼作井壁悬吊作用。采用18号槽钢井圈、水泥或木背板作筑壁前的临时支护。由于两井筒基岩风化破碎严重，施工中片帮最大深度曾达4m，宽2m；给施工造成极大困难。为此采用先开挖中间、再刷其它方位井帮，边刷边架圈边塞背板，及时支护易片帮部位方法，大大减少了井壁围岩片帮出水机会，为筑壁争取了时间。
6.2.4短段掘筑，快速施工
根据掘进后井帮围岩来压大小和周期变化规律，确定掘筑1m段高时间不超过1.5d.施工中采用风镐掘进，段高一般为0.8～1.0m，掘进后立即筑壁。为减少混凝土养护时间，掺加了速凝剂。刷帮时，为防止上段高的井壁下沉，采取先在井壁下掏3～4个槽塞入料石等物支撑，再大面积刷帮的方法，效果较好。混合井、风井分别掘至107m和109.8m，围岩条件转好，恢复正常放炮掘筑施工。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200808/11982.htm
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