缓坡斜井普通法通过强含水砂层施工工法.doc
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缓坡斜井普通法通过强含水砂层施工工法
榆林市长泰矿山工程有限公司
2013.9.10
1前言
科学技术是第一生产力,随着煤炭能源需求量增大,为提高生产效率,机械化综采趋向于主导地位,新建、扩建的大型煤矿,大型机械辅助运输的斜井必不可少。
斜井井筒施工中,因坡度缓、井筒长、涌水量大、地质情况复杂,直接影响到施工安全以及早日投产的经济效益。
井筒是否能够通过强含水流砂层是整个斜井施工成败的关键,治水、掘进、支护每个环节至关重要。
银河煤业薛庙滩矿井一期工程三条斜井井筒施工采用普通法施工,在暗硐掘进至垂深8m左右见水,同时出现流砂,究其原因:
一是急于施工,二是施工前对流砂造成的施工难度预计不足,三是没有采取综合技术措施,四是施工单位缺乏类似工程施工经验,造成工程一度停滞不前,半年时间井筒几乎没有进度,工期延误八个月以上。
建设单位认真研究后更换了有类似工程施工经验的榆林市长泰矿山工程有限公司,以多年矿井的施工经验,采用普通法加综合技术措施施工,三条斜井井筒顺利通过了强含水松散地层。
本工法以银河煤业薛庙滩矿井2#副斜井的施工为例,薛庙滩矿井2#副斜井位于陕西省毛乌素砂漠东南缘,井筒倾角5.5°,其中水平缓冲段和曲线段坡度为3‰,调车硐室为水平巷道,半圆拱形直墙巷道,井筒净宽5.6m,净高4.6m,净断面积22.4㎡。
井筒设计明槽段118.6m,暗槽混凝土砌碹段793.8m,基岩段锚喷1257.3m,含6m调车硐室10个,井筒总长度2229.7m。
与该矿井相邻的金鸡滩缓坡副斜井和常家梁主、副、风斜井,采用冻结法施工通过强含水松散地层,冻结后急于求成开挖造成溃水溃砂,又进行第二次冻结施工。
为了能安全完成2#副斜井工程的施工,建设单位组织有关专家进行技术论证、风险分析和经济对比,最后决定:
采取群孔井点降水加综合技术措施普通法通过强含水流砂层。
施工过程中,降水井的监测动态时刻为掘进服务,为防止溃水溃沙设计院进行变更封底,增加防水板、止水带和引水盲管进行治水,降水对井筒作用进行了专项科研,埋设压力盒进行承压数据记录、模拟。
2工法特点
科学布置降水井的位置、孔深及降水井数量,安装适合降水的管道、水泵,多点均匀降水,实时监测地下水位降至井筒底板以下,确保掘进的工作面无涌水。
若未达到预想的降水目标,则硐内采取分段截流有组织排水。
要预先备足所需支护材料和设备,以人工开挖为主,减少砂层扰动,超前支护与初期支护相结合,保证施工安全和质量。
施工坚持“科学降水、减少扰动、超前支护、短掘短支、掘砌协同”的原则进行,稳扎稳打不留安全隐患。
3适用范围
该工法适用于普通法通过强含水离石组与萨拉乌苏组交替互层,该类地层有亚粘土、粉细砂、砂土、亚砂土交替出现,砂层厚度不超过15m,流砂层与地表垂深60m以内,有泥层隔水层,井筒涌水量在100m3/h左右的井筒。
4工艺原理
通过降水井群孔降水,降低地下水位至井筒以下,减少水对土层的压力,防止地下水对砂层造成的流动破坏,利用地层原始强度和隔水护层稳固土体。
人工开挖减少围岩扰动,采用综合技术措施,超前支护与初期支护相结合,钢架闭合成环增强抗压能力,掘砌协同降低施工安全风险。
除设计所需的支护材料外,工作面备好竹胶板、管棚、水管、水泵、切割机、刨床、钻机、电焊机等,随时应对突发情况。
5工艺流程及操作要点
5.1降水井降水
降水井的施工要在井筒掘进前2-3个月为宜,达到预先降水的目的。
降水井降水施工流程:
成孔(钻机钻孔)→下放井管(安装抽水设备)→管口填实→抽水。
预先降水及井点布置应符合设计要求。
降水深度应在进入基岩以下3m(具体视地质情况确定),但应预防降水过度引起的不均匀沉降,降水井的降水水位要必须保证降到在底板以下井筒才能掘进。
5.1.1重点检查井点布置、深度及施工质量是否按预定方案实施,如出现偏差及时进行纠偏处理。
5.1.2降水井降水设备的排水口应与井筒保持一定距离,排出地表的水,应采取措施远排,防止排水回渗松散地层,增加井筒涌水量。
5.1.3降水井降水应确保砂滤层施工质量,做到出水常清。
对出水混浊的井点管应予更换或停闭。
5.1.4在设置降水井降水时应设置观察井,做好日常观察工作。
5.1.5降水开始后,必须有专人看管,要定期不定期对地面水位观察井的水位进行定时测量,以检查降水深度是否达到要求。
同时,多点观测地表下沉、开裂现象及井筒掘面砂层含水量变化。
5.1.6定时定期监测降水井的静态、动态水位,绘制水位剖面图,分析水位变化情况,科学指导施工,预防突水、塌孔等事件的发生。
对降水井抽水做好记录,测水位、流量的数据应准确无误,如出现水位上涨或久降不下的情况,及时上报,以便及时分析水位变化情况是否满足施工要求,如水位变化异常应及时采取措施(更换大功率水泵或补打井等措施)。
5.1.7在降水过程中必须保证电源双回路,切忌过程停电,如施工过程停电,极易造成水位上升而造成井筒涌水量剧增,引发溃水溃砂事故。
5.1.8定期检查各孔位抽水是否含砂,如有出砂的降水井要特别重视,必要时要停止抽水,防止抽水对地层扰动,造成松散砂层局部出现空洞引起井筒冒顶、溃水溃砂等事故,给井筒施工和人身安全造成威胁。
5.1.9井筒通过含水松散砂层段地表区域为低洼地段,且面积大,大气降水易积聚,形成松散砂层补给源,对降水工程影响很大,这是影响工程的安全隐患,要求施工方及时收集天气资料,做好应急预案,如遇大暴雨等恶劣天气及时做好疏排水工作,确保降水工作顺利进行。
5.1.10该施工方案的施工顺利与否的关键是:
群孔井点均匀降水井的合理布置。
采用类比法经充分技术、经济论证,二号副斜井群孔多点均匀降水井首次布置22个降水井,采用1.1KW潜水泵。
根据实际降水效果,二次采取补孔6个降水井方案,适当加大降水井深度,采用2.2KW潜水泵。
群孔多点有效平面降水距离约350m(降水井布置见附图5-1,深度见附表5-1)。
附表5-1:
二号副斜井降水井数据一览表
降水井编号
里程
距井筒中心线位置
井口高程
井底高程
管口与井底高差
井深
A1
285.06
-15.833
1187.678
1152.152
35.526
55
A2
315.04
-16.274
1185.954
1149.265
36.689
55
A3
343.825
-15.735
1186.466
1146.493
39.973
55
A4
374.326
-14.259
1183.413
1143.557
39.856
60
A5
407.734
-16.175
1186.617
1140.340
46.277
60
A6
436.983
-17.008
1185.655
1137.523
48.132
65
A7
465.336
-15.566
1186.261
1134.793
51.468
65
A8
491.321
-16.126
1185.749
1132.291
53.458
65
A9
525.434
-15.723
1186.532
1129.006
57.526
65
A10
555.396
-15.936
1185.857
1126.121
59.736
75
A11
585.114
-15.909
1186.731
1123.260
63.471
80
B1
271.67
17.18
1187.43
1153.441
33.989
55
B2
299.456
16.462
1187.571
1150.766
36.805
55
B3
330.489
16.212
1184.243
1147.778
36.465
55
B4
359.876
16.014
1185.612
1144.948
40.664
60
B5
389.559
16.287
1184.899
1142.090
42.809
60
B6
419.878
17.88
1186.852
1139.170
47.682
65
B7
449.735
15.849
1186.672
1136.295
50.377
65
B8
480.242
15.805
1186.072
1133.358
52.714
65
B9
509.793
16.262
1186.15
1130.513
55.637
65
B10
540.236
15.961
1186.067
1127.581
58.486
75
B11
569.737
15.95
1187.024
1124.741
62.283
80
补A1
358.845
-15.035
1186.854
1145.047
41.807
55
补A2
389.39
-15.255
1183.545
1142.106
41.439
60
补A3
600.582
-15.325
1187.464
1121.771
65.693
80
补B1
346.034
16.026
1185.334
1146.281
39.053
55
补B2
375.131
15.849
1185.546
1143.479
42.067
60
补B3
584.871
15.554
1187.321
1123.283
64.038
80
24
二号副斜井降水井水位曲线关系图绘制日期:
2012年6月28日
备注:
上图截取了施工期间部分降水井的当日水位监测剖面,作业面掘进里程423.6m,通过曲线关系图可以看出,掘进面的地下水位已降至底板以下,作业面砂层呈潮湿状态无渗水现象,大大减少了溃水溃沙的风险。
(图中:
动态水位是指降水井抽水状态下水位标高,静态水位是指测水孔的静态水位。
)
5.1.11右图为降水井水泵及花管示意图,为了滤砂和保护水泵,降水井钻孔完成,下放抽水设备前现场安装水泵和出水管,将出水管与花管焊接,焊接要预留电缆孔。
花管采用φ400钢管,长度6米,花管眼不得大于5m,间距200*200mm,梅花状布置,滤砂花管采用双层钢纱窗包裹,钢纱窗中间填充3-5mm砾石,砾石要求干净无泥沙,并填充均匀密实,厚度控制在5cm。
吊车下放管道时必须慢吊轻放,防止刮坏砂滤网。
5.1.12降水井待井筒整体砌筑及底板完成并达到设计强度后方可停止抽水。
5.2硐内降水
5.2.1地面降水未达到预想目标时,硐内采取分段截流的有组织排水,因此对于井筒内排水必须形成积、抽、排于一体的抽水系统,具体流程如下:
作业面涌水→排水沟→集水坑→泥浆泵→临时水仓→水泵→排水管→硐外沉淀池→
水泵→排水管→降水井蓄水池→清水排放
5.2.2汇水坑、泥浆泵应随着掘进作业面跟进,现场进行适当调整。
5.2.3配套设施临时水仓的施工
(1)临时水仓不能影响到斜井地质稳定以及行车安全,必须选择在土质较好,具有一定隔水能力的红胶泥或基岩地质上施工。
临时水仓的施工能安全、高效完成,避免施工时间过长影响到施工进度。
水仓位于在斜井底板以下,既满足存水和抽水,又不影响行车。
(2)本斜井临时水仓技术参数
①水仓容积:
根据涌水量的需要来定,本实例依照该斜井临时水仓容积为40m
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- 缓坡 斜井 普通法 通过 含水 砂层 施工