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【摘要】本文结合蒙西南地区地质特点与长城五号矿工程实例，探讨了蒙西南地区井筒过含水层的冻结法、注浆法等防治水关键技术，旨在为西部地区具有相似条件的井筒防治水施工提供参考依据。
【关键词】含水层；冻结法；注浆法
引言
随着国家西部开发的深入和经济发展对能源的渴求，近年来，在蒙西南等西部地区新建矿井日益增多。该区域表土层浅，基岩含水层多且含水层多为孔隙裂隙含水层，地质条件十分复杂。在井筒的建设过程中，必不可少地得穿越含水层，选择正确的防治水方法在建井中显得尤为重要。研究表明，对蒙西南地区含水地层进行冻结、注浆防治水，可以有效的创造无水施工条件，对井筒周边围岩起到加固的作用。
1、工程概况
长城五号矿井地处蒙西南毛乌素沙漠西南边缘，第四系表土层深厚，砂岩裂隙水丰富，含水对煤系地层影响较大。矿井采用斜井开拓，分别布置主斜井（1291米）、副斜井（1062米）和回風立井（286米），斜井最大倾角26°，开采水平为+800m和+500m两个水平。主、副斜井自垂深113米至208米采用冻结法施工，主斜井冻结范围为斜长328.08m-621.08m，全长293m，副斜井冻结范围为斜长269.093m-541.56m，全长272.467m。
2、防治水关键技术
2.1冻结法
2.1.1冻结方案
在长城五矿副斜井施工过程中，井口以下60米处，井筒出现渗水，涌水量约3m3/h左右。副斜井施工队开始对渗水处巷道附近进行注浆堵水。由于水量不大，利用副斜井临时水仓进行排水。随后，副斜井井口以下56米处左帮底板水突然加大，水量约50-60m3/h，水中夹带泥沙增加，副斜井排水系统无法及时将水排出，水流向迎头。由于水量加大，开始调集大功率潜水泵进行排水，在调集水泵及安装期间，担心大量泥沙抽出导致井筒顶底抽空，可能造成井筒折断的严重后果。
经研究讨论，决定采用待井筒涌水升至静水位后进行地面注浆封堵，对井壁帷幕冻结方式进行修补的方案。
2.1.2治理过程
（1）冻结深度确定
齐腿冻结。所有冻结孔均穿过表土段碎石层底板深入隔水层7.2m，所有冻结孔形成有效冻结帷幕，即冻结深度41.35m（以井口标高计算）。
（2）冻结技术参数的确定
根据副斜井井筒工程地质条件，冻结参数确定如下：
①盐水温度：积极冻结期盐水温度为-24～-28℃，维护冻结期盐水温度为-20～-22℃。
②表土段冻结壁厚度：冻结壁厚度确定：两排端头孔封堵确保冻结段与非冻结段隔开；两排边排孔封斜井的侧壁，冻结壁厚度2.4m，经有限元分析并结合公司相应帷幕冻结的施工经验，证实安全可靠，同时利于减少工程量，既安全又经济。
③对测温孔施工的要求：
1）为了准确掌握冻结温度场变化情况，副斜井帷幕冻结区段均设置10个测温孔，测温管采用Φ108×5mm无缝钢管，外管箍连接。测温孔具体布置依据实际施工情况而定。
2）管内严禁灌水，必须保证焊接质量，确保无渗漏。
2.2注浆法
2.2.1注浆方案
根据工程地质条件，采用工作面预注化学注浆方法进行施工。化学注浆法过砂层，就是在井筒周围的砂层中，造成一个半永久性的，具有一定强度的注浆帷幕，用以抵抗地压和水压，防止外部的水砂涌入井内，保证井筒顺利开凿、掘砌。
2.2.2施工流程
采用工作面预注化学浆的施工方法对含水层进行治理，从而达到正常开挖条件。施工流程如下：
（1）在斜井施工到距第一层含水砂层垂深5m时停止掘进施工，预留粘土层，修建止浆垫，采用水泥-水玻璃双浆液对止浆垫与井筒接触面以及井筒壁后进行充填，防止钻进注浆孔和注浆过程中浆液渗出；
（2）采用坑道钻机进行注浆孔钻进，埋设孔口管，并进行固管，试压，超过设计最大注浆压力；
（3）套管试压合格后继续钻进注浆孔，穿过预留粘土层，进入含水砂层，下入注浆花管，注入化学浆液对含水砂层进行治理，注浆过程中控制浆液的压力和注入量，保证注浆质量，最终达到开挖条件。
2.2.3施工方案
（1）止浆垫设计
止浆垫的作用是在于封闭含水层涌水，安装注浆孔口管和保证在用最大压力注浆时，不使浆液从含水层翻入井内。
止浆垫一般为整体浇筑混凝土，结构形式分为单级平底型和单级球面型，为施工方便，选用单级平底型止浆垫，C40混凝土浇筑。
（2）注浆孔设计
采用两圈注浆孔进行布置，外圈井筒弧顶、两帮和底板开孔点距离断面边缘分别为1.0m、0.5m和0.5m，内圈开孔点距离外圈0.5m。钻孔深度超过含水砂层1.0m，进入含水砂层时注浆孔落点孔间距为0.5m，内圈布孔数为50个，外圈布孔数为58个，合计108个。施工顺序为先内圈孔，后外圈孔，各圈注浆孔采用间隔和逐步加密的方法进行施工，后序施工注浆孔可对已注浆钻孔注浆情况和质量进行检查，根据砂层涌水情况进行施工。注浆孔施工过程中，孔口管安装防突水装置，防止发生突水事故。
3、结论
（1）在蒙西南地区井筒过含水层的施工过程中，采用冻结法施工，能够隔离含水层涌水，为井筒治理创造有利条件，保证了井筒安全施工；斜井帷幕冻结，在国内是首次进行尝试，对相同条件的冻结施工具有指导意义。
（2）采用工作面预注浆技术可有效地封堵出水通道，改善施工条件，消除安全隐患，并切实保障井筒施工质量。在采用注浆法建设斜井过程中，要选择正确的参数，控制好注浆压力，既要达到注浆的预期目的，又要减少浆液损失。
参考文献
[1]北京大地工程（开发）公司《长城五号矿井初步设计》
[2]陈祥恩，杜长龙.马泰壕煤矿斜井冻结施工技术[J].煤炭科学技术，2009，11：21-23.
[3]刘文民，程志彬.软岩地层斜井冻结方案设计[J].建井技术，2010，06：34-37.
[4]王志骅，汤友谊.立井井筒工作面预注浆堵水技术的研究与应用[J].煤炭技术，2009，03：116-118.
[5]岳建华.矿井物探技术在煤矿防治水中的应用[J].煤炭工程，2010，08：127.
作者简介
吴茂胜（1975- ），男，山东莱芜人，工程师，大学学历，现在新汶矿业集团内蒙能源公司长城五号矿井筹建处副总工程师.
【关键词】含水层；冻结法；注浆法
引言
随着国家西部开发的深入和经济发展对能源的渴求，近年来，在蒙西南等西部地区新建矿井日益增多。该区域表土层浅，基岩含水层多且含水层多为孔隙裂隙含水层，地质条件十分复杂。在井筒的建设过程中，必不可少地得穿越含水层，选择正确的防治水方法在建井中显得尤为重要。研究表明，对蒙西南地区含水地层进行冻结、注浆防治水，可以有效的创造无水施工条件，对井筒周边围岩起到加固的作用。
1、工程概况
长城五号矿井地处蒙西南毛乌素沙漠西南边缘，第四系表土层深厚，砂岩裂隙水丰富，含水对煤系地层影响较大。矿井采用斜井开拓，分别布置主斜井（1291米）、副斜井（1062米）和回風立井（286米），斜井最大倾角26°，开采水平为+800m和+500m两个水平。主、副斜井自垂深113米至208米采用冻结法施工，主斜井冻结范围为斜长328.08m-621.08m，全长293m，副斜井冻结范围为斜长269.093m-541.56m，全长272.467m。
2、防治水关键技术
2.1冻结法
2.1.1冻结方案
在长城五矿副斜井施工过程中，井口以下60米处，井筒出现渗水，涌水量约3m3/h左右。副斜井施工队开始对渗水处巷道附近进行注浆堵水。由于水量不大，利用副斜井临时水仓进行排水。随后，副斜井井口以下56米处左帮底板水突然加大，水量约50-60m3/h，水中夹带泥沙增加，副斜井排水系统无法及时将水排出，水流向迎头。由于水量加大，开始调集大功率潜水泵进行排水，在调集水泵及安装期间，担心大量泥沙抽出导致井筒顶底抽空，可能造成井筒折断的严重后果。
经研究讨论，决定采用待井筒涌水升至静水位后进行地面注浆封堵，对井壁帷幕冻结方式进行修补的方案。
2.1.2治理过程
（1）冻结深度确定
齐腿冻结。所有冻结孔均穿过表土段碎石层底板深入隔水层7.2m，所有冻结孔形成有效冻结帷幕，即冻结深度41.35m（以井口标高计算）。
（2）冻结技术参数的确定
根据副斜井井筒工程地质条件，冻结参数确定如下：
①盐水温度：积极冻结期盐水温度为-24～-28℃，维护冻结期盐水温度为-20～-22℃。
②表土段冻结壁厚度：冻结壁厚度确定：两排端头孔封堵确保冻结段与非冻结段隔开；两排边排孔封斜井的侧壁，冻结壁厚度2.4m，经有限元分析并结合公司相应帷幕冻结的施工经验，证实安全可靠，同时利于减少工程量，既安全又经济。
③对测温孔施工的要求：
1）为了准确掌握冻结温度场变化情况，副斜井帷幕冻结区段均设置10个测温孔，测温管采用Φ108×5mm无缝钢管，外管箍连接。测温孔具体布置依据实际施工情况而定。
2）管内严禁灌水，必须保证焊接质量，确保无渗漏。
2.2注浆法
2.2.1注浆方案
根据工程地质条件，采用工作面预注化学注浆方法进行施工。化学注浆法过砂层，就是在井筒周围的砂层中，造成一个半永久性的，具有一定强度的注浆帷幕，用以抵抗地压和水压，防止外部的水砂涌入井内，保证井筒顺利开凿、掘砌。
2.2.2施工流程
采用工作面预注化学浆的施工方法对含水层进行治理，从而达到正常开挖条件。施工流程如下：
（1）在斜井施工到距第一层含水砂层垂深5m时停止掘进施工，预留粘土层，修建止浆垫，采用水泥-水玻璃双浆液对止浆垫与井筒接触面以及井筒壁后进行充填，防止钻进注浆孔和注浆过程中浆液渗出；
（2）采用坑道钻机进行注浆孔钻进，埋设孔口管，并进行固管，试压，超过设计最大注浆压力；
（3）套管试压合格后继续钻进注浆孔，穿过预留粘土层，进入含水砂层，下入注浆花管，注入化学浆液对含水砂层进行治理，注浆过程中控制浆液的压力和注入量，保证注浆质量，最终达到开挖条件。
2.2.3施工方案
（1）止浆垫设计
止浆垫的作用是在于封闭含水层涌水，安装注浆孔口管和保证在用最大压力注浆时，不使浆液从含水层翻入井内。
止浆垫一般为整体浇筑混凝土，结构形式分为单级平底型和单级球面型，为施工方便，选用单级平底型止浆垫，C40混凝土浇筑。
（2）注浆孔设计
采用两圈注浆孔进行布置，外圈井筒弧顶、两帮和底板开孔点距离断面边缘分别为1.0m、0.5m和0.5m，内圈开孔点距离外圈0.5m。钻孔深度超过含水砂层1.0m，进入含水砂层时注浆孔落点孔间距为0.5m，内圈布孔数为50个，外圈布孔数为58个，合计108个。施工顺序为先内圈孔，后外圈孔，各圈注浆孔采用间隔和逐步加密的方法进行施工，后序施工注浆孔可对已注浆钻孔注浆情况和质量进行检查，根据砂层涌水情况进行施工。注浆孔施工过程中，孔口管安装防突水装置，防止发生突水事故。
3、结论
（1）在蒙西南地区井筒过含水层的施工过程中，采用冻结法施工，能够隔离含水层涌水，为井筒治理创造有利条件，保证了井筒安全施工；斜井帷幕冻结，在国内是首次进行尝试，对相同条件的冻结施工具有指导意义。
（2）采用工作面预注浆技术可有效地封堵出水通道，改善施工条件，消除安全隐患，并切实保障井筒施工质量。在采用注浆法建设斜井过程中，要选择正确的参数，控制好注浆压力，既要达到注浆的预期目的，又要减少浆液损失。
参考文献
[1]北京大地工程（开发）公司《长城五号矿井初步设计》
[2]陈祥恩，杜长龙.马泰壕煤矿斜井冻结施工技术[J].煤炭科学技术，2009，11：21-23.
[3]刘文民，程志彬.软岩地层斜井冻结方案设计[J].建井技术，2010，06：34-37.
[4]王志骅，汤友谊.立井井筒工作面预注浆堵水技术的研究与应用[J].煤炭技术，2009，03：116-118.
[5]岳建华.矿井物探技术在煤矿防治水中的应用[J].煤炭工程，2010，08：127.
作者简介
吴茂胜（1975- ），男，山东莱芜人，工程师，大学学历，现在新汶矿业集团内蒙能源公司长城五号矿井筹建处副总工程师.