1、特殊地层的斜井施工何清江 金海城 涂忠惠 王忠贤 孟庆江 依太雷 姜忠海 刘广战 张祥林【鹤岗矿业（集团）公司，黑 龙江 鹤岗 154100】摘 要 介绍峻德矿在施工地面安全通路过程中，斜井 过强含水流砂层和软岩风化层等特殊地层的施工方法和支护形式，并 对各种施工方法和支护 形式进行了分析。关键词 强含水流砂层 软岩风化层 斜井施工 支护设计 疏水 注浆峻德矿地面安全通路是井田南部由地表通往一水平回风标高+120m 的一条斜井，中间穿过 47m 厚（井筒穿越长度 118m）的含水流砂层和 20m 厚的软岩风化层（井筒穿越长度50m）。这条斜井 2002 年 11 月开始施工，几经波折，于 20
2、05 年 7 月成功穿越含水流砂层和软岩风化层。在施工初期，由于没能有效地控制住工作面的涌水、涌砂，工程多次受阻。近四年的漫长工期，反映了在强含水流砂层和软岩风化层中探索有效的治水、治砂方法和支护手段的艰难过程。这项工程的最终完成为峻德矿消除了矿井系统上最大的安全隐患，也为今后建井和类似条件下的巷道施工提供了丰富的治水、治砂和支护上的实践经验。1 概 况1.1 井田概况峻德煤矿为鹤岗煤田最南部的一个矿井，井田大部分处于鹤立河河谷区，地势东高西洼，洼地面积占 2/3 左右，区内鹤立河人工改造的河道在井田西部边界通过。峻德矿属于水文地质条件比较复杂的矿井。煤系地层上方无隔水层，直接与上覆的第四纪含
3、水砂层接触，砂层厚度 2260m，由北向南增厚。含水层深度在 630m 之间，矿井北部疏干基本达到开采条件。第四纪冲积层孔隙潜水（砂层水）的形成，受本区自然地理条件所控制，主要补给水源为大气降水及井田西侧鹤立河的侧渗河水。因此，砂层水对一水平生产影响非常严重。1.2 工程简况安全通路是峻德矿用于一、二水平敷设瓦斯抽放管路、采区灌浆管路以及井下发生灾变时人员撤往地面的通道，是通往地面的唯一一条斜井。这条斜井设计全长 189m，其中穿越砂层的部分 118m、穿越软岩风化层的部分 50m、深入基岩的部分 21m，坡度 26，净断面积 8.0m2。安全通路地表标高+235.2m，砂、岩交界标高+188
4、.3m，砂层厚 46.9m（如图 1）。砂体具有较弱的胶结性，一旦被揭露，在水力的作用下将显示出明显的流动性，水位越高，砂体的流动性越大。砂层给水率 18%，渗透系数 34m/昼夜，大气降雨补给率 22%。砂、岩交界处有 20m 厚的风化岩，经水浸泡风化后形成软泥岩，容易坍塌。图 12 支护设计及施工工艺安全通路的施工经过的流砂层分 2 个阶段：不含水砂层段和含水砂层段。2.1 不含水砂层段2.1.1 支护设计矿用工字钢棚（设底梁），每 0.5m 架设 1 对。棚子之间用钢带焊接，用木板护帮护顶，木板后背稻草用以防止跑砂（如图 2、3）。然后进行二次支护混凝土发券，相邻两对支架之间用混凝土灌平
5、。图 2图 32.1.2 施工工艺安全通路的井口部分（10m）采用普通方法开槽，按上述的支护设计架设铁棚，形成井筒，钢带焊接，然后将地表以下裸露部分掩埋。接下来即开始进行井下的掘进和支护工作。具体的工艺过程是：先在工作面第一架棚处左右各打一道靠帮拉线（12.5mm 钢丝绳），拉至工作面后方 5m 处的底梁上，并用 10t 手动葫芦拉紧（如图 4）。按照设计方位和坡度，在工作面上方向前用尖锹或扁铲挖出宽 150200mm、高 400mm、深 650mm 的砂洞（如图 5）,然后向两帮扩展至设计宽度并及时用木板护顶，木板上方背好稻草。接下来，在工作面每一架棚梁上左右各固定一个搬钩，用搬钩将 2 根
6、 1.5m 长的工字钢吊起，并前探至砂洞底部，在吊起的两根工字钢前端将新的棚梁挑起，并移到预定位置。2 根前探工字钢的后端在后一架棚梁之间垫上木砖，并用木楔紧固。图 4图 5棚梁临时固定后，沿两帮设计轮廓自上而下分行进行刷掘，每行高度 150200mm，如图 6，并及时用木板护帮。当砂体胶结性差时，可用木穿楔代替倒插板。刷掘至设底梁位置后，立棚腿、下底梁、打筋巴力，将钢丝绳拉线前移并拉紧，工作面后的第 2 架与第 3架的顶梁和棚腿用钢带焊接。图 62.2 含水砂层段2.2.1 稻草嵌入法含水砂层段的支护设计基本上没有变化，但施工工艺有一些重要变化。这主要是工作面采用全封闭步距式前进，帮顶打穿楔
7、，工作面推大板，用稻草嵌入砂体，使砂体固化，达到渗水不跑砂的效果。2.2.2 地面疏干为了有效地治水，施工后期采用了地面局部疏干的措施。地面疏干主要是在地表的井筒两侧靠近工作面的位置，距井筒 20m 范围内打 2 个疏干井，用 250QJ125-96/6 型疏干泵连续抽水疏干，使工作面附近的水位降低。2.2.3 井下预注浆井下预注浆主要是采用向工作面 5m 长巷道的四周注双液浆的方法形成阻水墙。砂体通过注浆与浆液混合胶结，形成稳定承压的人造岩体结构。为了取得好的注浆效果，注浆压力要达到静压值的 22.5 倍。注浆参数的选择：扩散半径：根据安全通路穿过的含水砂层的特征，浆液的扩散半径取 0.3m
8、。注浆压力：工作面前方终压为 6MPa，巷道四周终压为 10 MPa。注浆孔的布置：顶板孔距 0.3m、孔深 4m。两帮及底板孔距 0.5m、孔深 0.51m，短孔（0.5m）与长孔（1m）呈五花布置。注浆材料：采用水泥、水玻璃双液浆，水泥为 525#普通硅酸盐水泥，水玻璃模数为2.83.5、波镁度为 3.54.5Be，水泥与水玻璃的体积比为 1：0.4，水灰比为 0.75。 浆液配比的掌握：在实际注浆过程中，配比要根据实际情况的变化而变化。一般来说，注定向管或堵漏水时水灰比可以下调 0.10.2，水玻璃浓度可以上调 0.10.3。这种配比的特点是浆液凝结速度快，但在砂体内的扩散能力较差。进入
9、加固砂体阶段，长管注浆在不跑浆的前提下，水玻璃与灰浆的配比为 0.10.25，甚至可以注单液浆，水灰比可以增大 0.20.3，其目的是使浆液扩散的范围更大，有利于掘挖。2.3 软岩风化层软岩风化层在被水浸泡时不具有流动性，但揭露后会随时坍塌、片落。因此，在掘进过程中以推大板为主，注浆工作可以停止，但地面疏干和井下抽水工作仍要继续。3 结 论通过安全通路的施工实践得出的主要经验是，在砂层特别是含水砂层中掘进巷道，首要的任务是治水，防止砂体的溃流。治水、防砂必须采取井上下综合治理的方式进行。通过插稻、预注浆、地面疏干等方法最大限度地保持巷道周围砂体的整体性和稳定性，保证支护工作顺利地进行。特别是地面局部疏干有效地降低了水位，为减少井下支护费用和支护难度提供了保障。疏干费用仅为 80 万元，如果采用冻结法则至少需要 500 万元。第一作者简介 何清江 男，1956 年出生。 现为鹤岗矿业（集团）公司副 总工程师，教授级高级工程师。（收稿日期：2005-08-10；责任编辑：胡 林）
