五舉煤礦主立井井筒水下混凝土止?jié){墊施工技術(shù)

◎劉 鵬

五舉煤礦主立井井筒水下混凝土止?jié){墊施工技術(shù)

◎劉 鵬

平?jīng)鎏煸弘娀邢薰疚迮e煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.4Mt/a，采用立井-暗斜井開拓方式，井筒凈斷面直徑6m，掘進(jìn)斷面直徑7.2m。2013年1月井筒正式掘砌施工，于2013年6月施工至井深225.7m時(shí)發(fā)生裂隙斷層突水，最大涌水量達(dá)到360m3/h，超過現(xiàn)場強(qiáng)排能力，造成淹井事故，最深淹井達(dá)131.5m，最終采用靜水壓下混凝土封底堵水成功，排干積水，再通過深孔注漿的方案成功穿越該承壓含水層。

水文地質(zhì)條件

主立井井筒所穿越含水層根據(jù)含水性可分為三層。

第四系松散巖類孔隙潛水含水層，為①含水層，厚1.2m。下白堊統(tǒng)六盤山群第一段砂巖、礫巖承壓含水層，為②含水層。巖性以礫巖為主，受膠結(jié)程度控制的混合含水層，厚154.93m。為井筒中遇到的主要承壓含水層。侏羅系＋三疊系砂巖復(fù)合承壓含水層，為③含水層。是由多個(gè)厚度不等的含水層組成的主要受巖性控制的層狀混合含水層，厚161.3m。為井筒中遇到的主要含水層。

水下混凝土止?jié){墊施工

施工方案。根據(jù)現(xiàn)場情況，采用C50混凝土施工厚度7m的止?jié){墊，為防止混凝土離析，C50混凝土中除了摻加UWB-Ⅱ早強(qiáng)型水下不分散絮凝劑（用量為水泥用量的3～3.5%左右）劑，利用特制的底卸式吊罐運(yùn)送混凝土。按照一定速度下放吊桶，保證澆筑混凝土止?jié){墊的施工質(zhì)量。止?jié){墊施工完畢水下養(yǎng)護(hù)20天后開始排水，排水時(shí)水位每下降20m停止抽水，進(jìn)行水位觀察2h，若水位變化，表明止?jié){墊失效，進(jìn)行止?jié){墊補(bǔ)強(qiáng)措施；若無變化，則繼續(xù)進(jìn)行排水，水排至井筒210m位置時(shí)（止?jié){墊上面），分段注漿加固井壁，井壁加固完畢后。再排水露出井底。然后清除止?jié){墊上面已離析而未凝固的水泥漿。若止?jié){墊有漏水現(xiàn)象，采用注漿加固堵漏措施，后打鉆注漿加固混凝土止?jié){墊及埋設(shè)孔口管注漿堵水。

止?jié){墊設(shè)計(jì)參數(shù)。止?jié){墊選擇以近平底型為原則，其計(jì)算公式為：

B=P0r/σ＇+0.3r。P0—最大注漿壓力，Mp；r—井筒的掘進(jìn)半徑，m；σ＇—混凝土的允許抗壓強(qiáng)度，Mpa；σ＇=σ/k —σ為20天時(shí)混凝土的極限抗壓強(qiáng)度，k為安全系數(shù)，取3；

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，暫考慮注漿壓力取靜水壓的3倍，靜水壓最大為2.4Mpa；由于為水下下放混凝土，為保證安全，混凝土極限抗壓強(qiáng)度按C20強(qiáng)度計(jì)算，20×60 %=12Mp；混凝土采用標(biāo)號為C50的混凝土；綜上，計(jì)算得出止?jié){墊的厚度B=7.2×3/12/3+0.3×3.0=6.3m。

根據(jù)現(xiàn)場情況，本次止?jié){墊施工厚度確定為7m。

止?jié){墊混凝土的配比。在澆筑止?jié){墊時(shí)為防止混凝土離析，使用UWB-Ⅱ復(fù)合型(或早強(qiáng)型)水下不分散絮凝劑，摻量為水泥重量的2～2.5%，考慮到施工影響，參合重量為3～3.5%，與水泥、石子、沙同時(shí)加入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，攪拌時(shí)間不少于3分鐘。

水泥采用P.042.5級普通硅酸鹽水泥，砂采用中沙，石子級配采用10～20mm范圍，最大粒徑不超過20mm，石子應(yīng)為連續(xù)級配或二級級配。

C50混凝土按配合比計(jì)算，每方混凝土水泥用量420Kg

混凝土用量：7×29=203m3；水泥用量：203×420/1000=85.3T

絮凝劑用量（水泥量的3%）：85.3×3-3.5%=2.6-3T

C50混凝土的質(zhì)量保證

混凝土中除了摻加UWB-Ⅱ早強(qiáng)型水下不分散絮凝劑（用量為水泥用量的3～3.5%左右），不參合其他外劑；混凝土攪拌時(shí)派專人，查看混凝土攪拌的每一個(gè)環(huán)節(jié)；混凝土制備時(shí)要進(jìn)行混凝土的配合比試驗(yàn)，并進(jìn)行水化熱、泌水率、水下混凝土試驗(yàn)；為減小水化熱的影響，盡量選用水化熱較低的水泥，普通硅酸鹽水泥或低熱礦渣水泥，防止混凝土裂縫；砂、石料的雜質(zhì)含量：石子的含泥量≤1%，砂含泥量≤3%。

下放混凝土。澆筑前，必須確保水位靜止且保持1天后，方可澆筑混凝土；澆筑前按計(jì)算好混凝土用量，摻加絮凝劑的混凝土連續(xù)澆筑；混凝土利用特制的底卸式吊桶運(yùn)送。吊桶進(jìn)入水面時(shí)的速度不得超過0.5m/s。吊桶在水中下落時(shí)盡可能保持勻速運(yùn)行，加減速度不得超過0.2 m/s2，速度先按1m/s進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，后逐漸加快至2m/s；連續(xù)澆筑直至止?jié){墊施工完畢為止。

混凝土的養(yǎng)護(hù)。止?jié){墊養(yǎng)護(hù)20天后進(jìn)行排水。養(yǎng)護(hù)期間派專人觀察水位變化情況，并做好記錄。

井筒排水。水下止?jié){墊凝固20天后，開始進(jìn)行井筒抽水，水位每下降20m停止抽水，進(jìn)行水位觀察2h，若水位變化較大（每小時(shí)水位上漲300㎜以上），表明止?jié){墊失效，進(jìn)行止?jié){墊補(bǔ)強(qiáng)措施；若無變化，則繼續(xù)進(jìn)行排水，水排至井筒210m位置時(shí)，分段注漿加固井壁，井壁加固完畢后，再排水露出井底。然后清除止?jié){墊上面已離析而未凝固的水泥漿。若止?jié){墊有漏水現(xiàn)象，采用注漿加固堵漏措施，后打鉆注漿加固混凝土止?jié){墊及埋設(shè)孔口管注漿堵水。

施工效果

從2013年7月6日開始施工靜水壓下施工混凝土止?jié){墊開始至2013年9月30日工作面預(yù)注漿結(jié)束，淹井事故處理歷時(shí)87天，取得了圓滿成功。水下止?jié){墊凝固20天后，進(jìn)行井筒抽水和清除止?jié){墊表面水泥漿，期間水位無明顯變化，無漏水現(xiàn)象。工作面預(yù)注漿期間止?jié){墊無上升、變形和漏水現(xiàn)象，經(jīng)先后2次工作面預(yù)注漿后，井筒掘砌時(shí)涌水量不到3m3/h，達(dá)到預(yù)注漿驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

在靜水壓下施工混凝土止?jié){墊封底堵水后再進(jìn)行工作面預(yù)注漿為深井井筒淹井事故處理提供了新的經(jīng)驗(yàn)，也創(chuàng)造了普通鑿井法施工通過水害嚴(yán)重地層的國內(nèi)先例。采用靜水壓下施工混凝土止?jié){墊封底堵水后預(yù)注漿方法具有工期較短，效益較高的特點(diǎn)。相比于費(fèi)用較高的凍結(jié)法，該治水方法費(fèi)用只占凍結(jié)法的28%左右，工期只相當(dāng)于凍結(jié)法的50%左右。因此，該是采用非凍結(jié)法治理白堊系六盤山群第一組含水層的一條經(jīng)濟(jì)可行的道路，對全國均有借鑒價(jià)值。

（作者單位：甘肅平?jīng)鎏煸弘娀邢薰荆?/p>