溪洛渡水电站截流设计与施工关键技术研究荣获2008年度中国电力科学...

[摘 要]矿井下龙花垣进风立井井筒淋水严重，造成井筒内管路和提升设备锈蚀腐坏，影响了井筒内设备安全运行，缩短了设备使用寿命，特别是冬季井筒结冰严重，对人员和设备运行造成了安全隐患，为延长井筒寿命， 保证人员和设备运行的安全，在技术论证与实地踏勘基础上采用了分段截水，集中导水法对下龙华垣进风立井井筒淋水进行治理，经过短短40天的单班施工，井筒淋水得到很成果治理。

[关键词]井筒淋水；集中疏导水；工艺选取；治水

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0142-02

一、进风立井井筒概况及井筒水文地质调查

下龙花垣进风立井位于矿井田的中北部，下龙花垣村附近，建设在山梁平整地段，不受洪水威胁。井筒直径8.0米，井筒垂深583.0米，（井口标高1014.5米，井底标高431.5米），井筒内装有一个非标宽罐笼和一个非标窄罐笼，担负矿井部分人员、材料、设备提升及矸石提升任务，并兼做矿井采区进风。

井筒支护：锚喷/混凝土，表土段支护厚度800mm；基岩段支护厚度500mm。

水文地质调查情况

下龙花垣井筒出水水源主要來自砂岩含水层及岩层裂隙，井筒穿过的地质构造比较简单，水文地质条件相对中等，井筒自上而下含水层较多，水源基本为砂岩裂隙含水层。井筒地层顺序是从第四系的黄土层始至二叠系下统下石盒子组，主要含水层从上至下的顺序为第三系松散孔隙水、三叠系下统刘家沟组K9砂岩水、二叠系上统石千峰组K8砂岩孔隙裂隙水、二叠系上石盒子K7上段和K6下段、二叠系下统下石盒子组K4砂岩等5个含水层段。矿井派专业人员到现场对井筒出水情况进行了实地观测，从井筒的淋水量分析，淋水范围自上而下分布于125—464m区间，不同深度、不同大小的出水点有9处（大于1.0m3/h的有两处、其余都在0.5以下、有的出水甚至更小，水从壁缝中渗出向下流几米就干掉了），出水点都是从水泥连接处缝隙里流出（渗出）井筒涌水量总计4.9m3/h（表1）。

二、井筒淋水治理方案选择

根据现场调查情况，经讨论该淋水有两种治理方案。

方案一：堵水

具体方法为：决定对井筒133m-432m段进行壁后帷幕注浆治理，将浆液注入壁后孔隙、裂隙带后，使井筒壁后形成注浆隔水帷幕，隔绝水源，达到彻底治理的目的；

整个注浆堵水施工分三个阶段：

第一阶段，采用水泥浆单液、化学浆双液充填壁后大的渗水空隙，粘结松散颗粒为一体，起到充填、加固防水的作用；

第二阶段，采用RSS-系列化学堵水材料双液浆，高压注入岩石、混凝土细小的裂隙起到封堵治理作用。

第三阶段，通过补打加密孔来进行加密孔的补注，为第一阶段及第二阶段的补充注浆过程。

钻孔（所有钻孔）采用梅花型交叉布置，为伞状外辐射，以保证受注面材料均匀扩散、凝结，注浆帷幕产生较好的效果。

注浆配比：水泥浆：RSS-化学浆=（1：1-1：4）进行配比；

1.设计要求

①对井筒损坏的评估

施工过程中，注浆以注水泥浆液为主，化学浆为辅，通过低压（压力仅稍大于水流压力）注浆只是为了充填壁后裂隙，使料石砌碹壁与基岩之间形成一道隔水帷幕，隔绝水源，达到彻底封堵的效果。在浆液粘稠度一定的情况下，注浆压力直接与岩土层裂隙宽度和粗糙度、裂隙水头压力有关。压力过高会劈开岩（土）体，经查阅相关资料，自然状态下混凝土和岩石均属于脆性材料，通常抗拉强度为抗压强度的1/10-1/20。混凝土和岩石的抗拉强度约为3-5mpa；抗压强度远大于抗拉强度；因此注浆压力选择0.4-1.0Mpa.远小于实际混凝土破碎压力。不会对井筒造成变形或破裂破坏。

②对治水效果的评估

通过壁后注浆治理，在壁后形成一道隔水墙，彻底封堵壁后渗水通道，隔绝水源，达到彻底治理效果；最终达井筒建成后总漏水量及防水标准：总漏水降低90%以上，且井壁及顶板基本无集中出水和含砂水孔（孔口管外露长度不超过5cm）。

方案二：引水

1、根据井筒出水量大小及出水范围，须在井筒东西两侧（120米到进风立井井底）布置两趟？89PVC塑料给水管作为主排水管，并根据井筒出水点加设三通，排水管每隔8米加一道铁支架固定，每隔4米加一道PVC塑料管卡固定。

2、在井筒内出水点下方安设宽50mm的导水槽，将水引入主排水管。要求：导水槽倾斜度不小于45°，导水槽连接处利用结构胶粘接，采用带有挂钩的膨胀螺栓（10×100mm）固定。

最终选择最有效方案

采用方案一治理淋水比较彻底，但由于井壁出水地点多且出水方式不均匀，治理施工时工程量大，成本较高，且堵水后随着时间的延长后会引起水位升高，转移到其他地点继续出水。

采用方案二治理淋水工程量小且成本较低，但是随着冬季气温降低井筒上部淋水会结冰，冰块坠落容易砸坏水管，后期维护量大。

经研究讨论决定，采用方案二治理井筒淋水。

三、材料及施工准备工作任务分解

1、由水电暖队负责准备施工所需要的材料，具体如表2：

2、由矿井开一队负责加工作业人员在进风立井井筒上方作业时搭接平台所需要的吊盘、木板等材料。

3、由供应科提供施工时所需要的安全带、电缆等材料。

四、下龙华垣井筒淋水治理工程取得的成就

1.首先减少了井筒内设备防腐、损坏以后的养护成本。

2.其次降低了井筒内部大面积的结冰现象，确保了淋水区域结冰掉落井底造成人员伤亡。

3.最后材料选取降低了维护成本费用，给公司及矿井节约了大量财力，物力。endprint

五、本次施工的具体方法步骤

（1）施工方法

矿井以见效快、简单易行、投入低的原则，采用分段治理，集中疏导法治理副井井筒内淋水，达到了预期效果。

对罐笼进行改造：

①施工前在小罐笼顶部北边、大罐笼顶部南边的四根槽钢上各加工1个￠22mm的眼，吊盘下方焊接八块100×100×16mm的钢板，钢板中间各加工1个￠22mm的眼，钢板的距离与罐笼顶板槽钢的距离一致。利用￠20mm的销子与吊盘连接。吊盘上边两角利用￠15.5mm的钢丝绳与罐笼顶部提升架上方连接。在井筒南边施工时人员站在吊盘上方施工。

②在小罐笼顶部南北方向间距2米各加工三道槽钢卡槽，卡槽宽150mm，卡槽两边采用￠20×150mm螺丝与罐笼连接，连接处提前打好眼，螺丝上方焊接一块150×150×16mm的钢板。在井筒北面施工时先将吊盘放下，将两根3米长槽钢穿入槽钢卡槽，槽钢一头固定在罐笼顶部，另一头伸出吊盘，距井壁不超过400mm，伸出吊盘部分槽钢上方铺设吊盘作为施工平台，吊盘与槽钢之间利用铁丝捆绑。在井筒北边施工时人员站在平台上方施工。

③在小罐笼顶部东西方向间距0.8米各加工四道槽钢卡槽，在大罐笼顶部东西方向间距1.8米各加工四道槽钢卡槽，卡槽宽150mm，卡槽两边采用￠20×150mm螺丝与罐笼焊接，螺丝上方焊接一块150×150×16mm的钢板。在井筒东西两施工时，将两根4.7米长槽钢穿入槽钢卡槽，槽钢一头固定在罐笼顶部，另一头伸出吊盘，距井壁不超过400mm，伸出吊盘部分槽钢上方鋪设吊盘作为施工平台，吊盘与槽钢之间利用铁丝捆绑。

④施工时作业人员先将工具、材料等搬运到罐笼上，并利用铁丝、麻绳等固定好后，再穿戴好安全带后进入罐笼，将安全带系好后下井。

⑤罐笼下到指定位置后先停好罐笼，利用2台1吨倒链将吊盘慢慢下放至与罐笼顶部成一平面，吊盘两头的钢丝绳利用绳卡固定，每个固定端头不少于三个绳卡。

（2）施工顺序施工步骤：在立井治水施工时，施工人员必须首先借助罐笼

及井筒管道梁制作施工操作平台，确保工作时人员安全稳固（必须保证副井信号联络可靠、准确）。采用射钉枪打设螺钉将流水槽固定在井壁上，然后采用冲击钻打眼、用膨胀螺栓固定PVC集水槽，集水槽固定好后；利用2寸管路将集水槽内的水流入下一个集水槽内，最终引至主排水管600m以下。

六、工程治理的的革新点

1.截流槽采用PVC材料，该材料费用底，更换方便，可根据现场井筒弧度随意弯曲，主导水管采用3米的PVC管路，分段连接，损坏时可以随时更换，整体采用该材料方便、实惠易于安装。

2.对罐笼整体的改造，能够长久使用，以便以后维修截流槽及主导水管。

七、技术探索及实践的社会效应

自施工成果治理以后，集团公司内部一些矿井也采用此方法对井筒淋水进行治理，但其采用的材料为钢板水槽，需井筒体型量身打造，费用极高，该项的费用就达到50余万元。而我矿采用pvc截水槽，无需此项材料费用，且安装时便携易安装，在单班作业下完成安装只需要40天的时间，达到设计施工进度时间。其次该工程治理成果后，延长了设备使用寿命，保证了矿井人员生命安全，这部分社会效益是无法估计的。

八、结论

通过该方法对井筒淋水进行治理，最大程度的降低了井筒淋水对井筒装备的腐蚀，提高了矿井提升系统的安全运行；降低了冬季井筒大面积结冰对井筒装备及井下人员的安全威胁。

参考文献

[1] 王文过，陈伟。利用注浆法治理巷道顶板淋水；[J].山东煤层科技，2015[第七期]139-142.

[2] 水文地质调查地层水害类型来自《华晋焦煤沙曲一号矿井水文类型划分报告》[Z].姜本.中国有色金属工业西安勘察设计研究院.

[3] 井筒概况来自《华晋焦煤沙曲矿建井地质报告》[Z].江平晋.山西煤田地质勘查114队.

作者简介

武金福、出生年月：1964.10、性别：男、职称：高级工程师、毕业院校及专业：大同大学，采煤专业、主要从事的工作：矿总工程师。endprint