浅议胡家河矿井立井井筒施工方法

郭光乔　张彦军

摘 要：介绍了胡家河矿井立井井筒概况，由于胡家河矿井三个井筒均穿过349m的宜君洛河组基岩含水岩组，井筒涌水量大，岩石胶结差，普通法凿井施工风险大，必须采用特殊凿井法施工。考虑涌水量及附近亭南矿注浆法失败及冻结法成功的施工经验，最终建议选择冻结法施工，同时给出了冻结法凿井井壁结构型式。

关键词：施工方法；冻结法；井壁结构

目前国内较成熟的特殊凿井法有：注浆法、钻井法、冻结法。钻井法在东部松散层较厚的矿区使用较成功，安全性较好，但钻井法占用的施工场地较大，其产生的废泥浆难处理，对于生态环境薄弱的西部来说，是很大的问题，而且就其目前的技术来说，大直径钻进还不太成熟，井筒的垂直度难以保证（影响提升井筒的井筒装备安装），在西部还没有钻井法施工的井筒。本文就胡家河矿立井井筒施工方法作简要分析。

1 胡家河矿井立井井筒概况

胡家河矿井工业场地位于彬县与长武县交界处泾河西岸阶地的马屋村，年设计生产能力5.0Mt/a，矿井采用立井开拓方式，工业场地内设主、副、风井三个井筒。主井净直径6.5m，掘进直径8.2m。副井净直径9.0m，掘进直径11.0m。风井净直径7.0m，掘进直径8.7m。

主、副、回风立井在同一工业场地，井筒穿过的地层基本相同，以副立井井筒检查孔的地质情况为例。副立井井筒检查孔，即检1号孔，距副井中心16m，孔口标高为+861.568m。椐檢1号孔揭露，井筒穿过地层有第四系（Q），白垩系洛河组（K1L）、宜君组（K1y），侏罗系中统安定组（J2a）、直罗组（J2Z）、延安组（J2y）和侏罗系下统富县组（J1f）。各组地层岩性特征清晰，接触关系明显。根据《井筒检查孔勘查地质报告》中提供的涌水量按掘进直径为11.0m的实际情况进行换算，计算结果如下：第四系涌水量5.71m3/h；白垩系含水层涌水量185.00m3/h；侏罗系含水层涌水量223.18m3/h。

2 立井井筒施工方法选择

根据富水性评价标准及井筒各含水层段涌水量结果，Q含水层的水量中等，K1L及J2y含水层分层涌水量中等～强。在井筒施工过程中，三个井筒均需穿过厚约349m的宜君洛河组基岩含水岩组，依据已施工的井筒1号检查孔资料，预计副立井井筒涌水量414m3/h。井筒涌水量大，岩石胶结差，假如采用普通法凿井施工，风险性太大，不可取，必须采用特殊凿井法施工。

同时，采用工程类比法，参照国内淮南张集矿（主、副、风井）、开滦徐家楼矿（主、副井）以及相邻的亭南矿井（主、副井）井筒施工的成功经验，设计确定本矿井井筒采用地面高压预注浆或冻结法施工。地面高压预注浆施工井筒支护厚度小，掘进断面小，虽在别的矿区多次使用注浆堵水效果好，但在本矿区亭南矿井采用低压预注浆技术施工井筒，堵水效果差。亭南矿井副井井筒预计涌水量为336 m3/h，主要含水层在白垩系洛河、宜君组；亭南矿井壁后注浆效果不理想，主要原因是：一是地层软且为泥质胶结，水泥浆注不进去；二是涌水量大，井壁质量难以保证，井壁的渗漏水多；三是地层的裂隙多位高角度裂隙，孔隙水易沿壁后裂隙导入工作面，影响工程进度和质量；最后亭南矿井井筒改为冻结法施工，冻结深度395m，最后获得成功，为此，本矿井井筒施工方法确定采用冻结法施工。

根据井筒检查钻孔资料，以及相邻的亭南矿井井筒冻结施工情况，我们确定本矿井井筒采用全深冻结，冻结深度为550m。

3 立井井筒结构选择

冻结法凿井技术在我国运用以来，其井壁结构型式经过了三个阶段：

3.1 单层井壁阶段（1955～1963年）

表土浅，冻结深度均小于200m、平均小于100m，多数用C15或C20钢筋混凝土浇筑，壁200～700mm；在井壁施工中产生的混凝土收缩缝、沉降缝、温度裂缝，特别是接茬缝使单层井壁几乎都漏水。此期间，因表土较浅，井筒虽有漏水发生，但经注浆堵水后，多数井筒尚能基本满足封水要求。

3.2 双层井壁阶段（1964～1975年）

随着表土深度加大至100～200m时，不少单层井壁虽经注浆处理，漏水量仍达几十～上百m3/h，不满足使用要求。60年代在开滦矿区范庄煤矿主井，为解决井壁淋水问题，在原建成的井壁内又套砌一层井壁（井径由5.5m缩小到5m），取得较好效果。此后，1964年从邢台煤矿主、副井开始，改为双层井壁支护形式。双层井壁防水性能有所改善，曾一度是我国冻结井壁结构的基本形式。

3.3 带夹层的复合井壁阶段（1976～至今）

1976～1985年，两淮地区几个在建冻结井内壁由于温度应力出现了大量的环向裂缝，井筒漏水严重。其间，借鉴波兰经验，在内、外壁间铺设塑料薄板，以削弱外壁对内壁的约束，减小温度应力，进而防止内壁开裂—温度裂缝。带塑料板夹层双层复合井壁成功解决了井壁大量漏水问题，在我国得到广泛应用。

综上所述，根据目前已经成功实施的冻结法凿井技术井筒的井壁结构型式，本矿井各井筒冻结段井壁结构采用双层复合钢筋混凝土井壁型式。

4 結论及建议

①针对涌水量大，含水层以孔隙含水为主的岩层，冻结法凿井是一种很好的施工方法。②冻结法凿井用于东部厚冲击层的井筒施工较多，井壁结构及厚度的理论公式及规范均是针对厚冲击层段的冻结，基岩段冻结施工的井壁结构及厚度均是参考冲击层段的理论公式，偏保守，应针对基岩段冻结法凿井的井壁结构及厚度进行理论研究及科学试验。

参考文献：

[1]许晋斌.我国西部矿区立井井筒冻结法施工方法研究.[J].煤炭与化工，2014，37（02）：86-88+91.

[2]徐杨.浅谈煤矿立井井筒施工方法[J]. 中国新技术新产品，2014，（01）：130.

[3]杨振华，付建党.浅议立井井筒过含水段时工作面预注浆的施工方法[J].科学之友，2011，（18）：71+73.

[4]杨更社，奚家米.煤矿立井冻结设计理论的研究现状与展望分析.[J].地下空间与工程学报，2010，6（03）：627-635.

作者简介：

郭光乔（1983- ），男，河北邢台人，工程师，本科学历，从事采矿技术方面的设计工作。