杭来湾煤矿进回风立井疏降水方案研究

薛雄飞，姬 凡

(陕西有色榆林煤业有限公司，陕西 榆林 719000)

关健词：杭来湾煤矿；进回风立井；含水层；涌水量；疏降水

0 引言

矿井立井建设过程中，井筒的涌水问题是影响施工建设进度的重要因素[1-3]，尤其是在含水层富水性较强、第四系松散层厚度较大和含水层之间水力联系密切的区域施工难度和危险性也将进一步增加[4-6]，如果施工方法选择和论证不当，不但影响矿井整体的施工进度，而且由此出现的井壁垮塌、溃水溃沙、井筒报废等一系列问题，将严重威胁矿井的安全生产[7-10]。由于区域地质、水文地质条件的差异，针对井筒涌水的控制和施工方法存在一定的局限性，以注浆法、帷幕法及冻结法为代表的施工方法[11-14]，在杭来湾矿井适用性不强。如何根据矿井实际状况，制定科学合理的施工方案，按期完成立井井筒的施工工程，是立井建设过程中面临的一项重要工作。

本文以杭来湾矿井为研究对象，根据进回风立井施工过程中井筒涌水较大、施工进度缓慢、安全无法保证等实际问题，结合矿井井筒检查孔水文地质和工程地质勘察报告取得了相关成果，制定了一系列行之有效的施工方案，安全高效地完成了进回风立井的建设任务，为矿井302盘区的生产建设打下坚实的基础。

1 施工概况

陕西有色榆林煤业有限公司杭来湾煤矿为陕北煤炭基地之榆神矿区一期规划区建设的重点矿井之一，隶属榆林市榆阳区管辖。井田共划分4个开采盘区，目前矿井301盘区的开采已经回采至最后一个工作面，为保证矿井302盘区的正常接续和开采。根据后期矿井通风需求和矿井的整体开采设计和规划，拟在井田中部布置一个进风立井和一个回风立井，即一号进风立井和一号回风立井，以满足后期开采过程中，矿井通风和安全的需要。

进、回风立井井筒位于井田中部。介于301盘区和302盘区的交界处，地貌属于沙漠滩地以及黄土梁峁含水单元过渡地带，表层覆有深浅不等的第四系风积砂。井筒区域周边无冲洪积层、湖积层分布，根据水文地质勘察资料，井筒区域包含第四系中更新统黄土孔隙裂隙潜水含水层、基岩顶界风化壳裂隙承压水含水层及侏罗系碎屑岩类裂隙承压水含水层3个含水层(组)。井筒开凿过程中将揭露全部含水层组并受揭露地下水涌入的影响。因此，需要在井筒周边布设降水井群，采用降水井群疏降表层地下水位的方式完成降水工作，应保证井筒施工的干燥条件，并防止井筒侧壁失稳、溃水溃沙等工程安全问题。

2 水文地质概况

2.1 含(隔)水层

杭来湾煤矿井田位于榆溪河与秃尾河自然分水岭的西侧，井田内地下水根据其赋存条件及水力特征可以划分为2种类型：即第四系松散岩类孔隙裂隙潜水与侏罗系中统直罗组、延安组砂岩裂隙承压水；自上而下可划分为5个含水岩层(组)：分别为第四系全新统冲洪积层孔隙潜水含水层、上更新统冲湖积层孔隙潜水含水层、中更新统黄土孔隙裂隙潜水含水层、基岩顶界风化壳裂隙水含水层、碎屑岩类裂隙承压水含水层。进、回风立井井筒勘察区域周边无冲洪积层、湖积层分布，根据一号进、回风立井井筒检查孔岩性特征及物探测井资料，井筒区域地下含水层自上而下可划分为：第四系中更新统黄土孔隙裂隙潜水含水层、基岩顶界风化壳裂隙承压水含水层及侏罗系碎屑岩类裂隙承压水含水层3个含水层(组)。

第四系中更新统离石组黄土，岩性为灰黄色、黄褐色粉土及粉砂质粘土，广泛分布于井田范围内。根据本次勘察成果，进、回风立井井筒区域内黄土层厚度为31.70～47.10 m，系新生界第四系与中生界侏罗系基岩之间相对隔水层。 在基岩段，隔水层岩性主要以侏罗系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及粉砂岩等隔水岩类组成，该隔水岩类整体分布较稳定，相比于层间砂岩孔裂隙含水层，隔水性能相对较好。

2.2 地下水补给径流和排泄条件

根据本次勘察及以往水文地质成果，井筒区域内各主要含水层补给径流排泄条件分别为：第四系松散层孔隙裂隙潜水含水层的稳定水位埋深为25.05 m，稳定标高为1 254.94 m，补给主要为大气降水、区域性侧向补给及沙漠凝结水补给；基岩顶界风化壳裂隙承压水含水层的稳定水位埋深为25.01 m，稳定标高为1 254.98 m，接受大气降水间接补给，径流受基岩顶界风化壳的控制，向西北方向的沙漠滩地排泄；侏罗系中统直罗组碎屑岩类裂隙承压含水层稳定水位埋深为26.14 m，稳定标高为1 253.85 m；侏罗系延安组碎屑岩类裂隙承压含水层稳定水位埋深为28.01 m，稳定标高为1 251.98 m，在基岩露头处接受大气降水补给，局部地段接受上覆含水层的下渗补给。勘察期间正值平水位期，受降雨影响，区域内地下水位年变幅为1.0～3.0 m。

3 疏降水方案

为了更好地保证井筒掘进期间，疏降水达到最好的效果，在分析含水层富水性和井下巷道掘进的基础上，采用地面降水和井下疏水相结合的方式，最大限度地保证了疏降水效果。

3.1 地面降水

本工程揭露地层主要为第四系粉土、黄土以及侏罗系直罗组风化壳。现场井筒深度为80 m，根据该场地附近地区的已有降水经验，拟采用管井井点降水方案降低地下水位，即在井筒周围及坑内布设一定数量的管井，由管井统一将地下水抽出，达到阻截井筒外围地下水流入井筒的目的，从而满足井筒施工对降水的要求。

降水方案中将第四系松散层看作潜水含水层，因其底部分布厚度为25.6 m 的风化壳，二者存在水力联系，故将风化壳含水层同样视为潜水含水层；另外，统一将中粒以上砂岩层当作含水层考虑。

根据井筒周边水文地质条件，周边无邻近地表水系，无大型地质构造分布，将其水文地质边界按照无限分布的均质潜水含水层考虑。

含水层厚度：取各分层含水层厚度之和作为本次降水模型计算取值。

管井深度：根据设计井深深度取值。

水力参数取值：根据以往勘察成果，按照加权平均取值法当作本次降水模型的渗透系数值。

以此为原则，降水模型按照潜水完整井进行设计计算，降水设计示意如图1所示。

图1 地面群孔降水示意Fig.1 Dredging water of ground group boreholes

通过群孔抽水的方式，在掘进区段形成一个大的降落漏斗，有效降低了掘进区域地下水水位，不但显著提高了巷道掘进速度，而且保证了井筒砌碹的施工质量，为井筒壁后注浆创造了有力的条件。

3.2 井下疏水

在地面降水方案实施的同时，为了提高掘进速度，在井下与井筒贯通巷道已经掘进到位的前提下，提出了地面降水和井下疏水相结合的方式，即：在井筒穿过松散层和基岩风化带后，掘进区段岩石裂隙发育程度较低，围岩稳定性较高的情况下，从井筒垂直向井下巷道垂直施工一个直径100 mm的疏水钻孔，并在井下巷道构筑了临时水仓，同时设置了多台排水泵排水，一举解决了井筒通过直罗组和延安组基岩裂隙承压含水层时，井筒涌水量增大、注浆效果差、施工速度缓慢等问题。井下疏水钻孔设计示意如图2所示。

图2 井下钻孔疏水示意Fig.2 Drainage of underground boreholes

4 结语

在杭来湾煤矿进、回风立井施工过程中，采用地面降水和井下疏水相结合的方式，科学、有效地解决了井筒在松散层施工阶段和基岩施工阶段，井筒涌水这一影响施工质量和施工进度的难题，保证了井筒按期完成施工，为矿井立井防治水积累了经验。