一种井筒带水掘砌方法
阅读说明：本技术 一种井筒带水掘砌方法 (Shaft water-carrying digging and building method ) 是由 钱自卫 孟凡贞 吕文茂 侯俊华 赵迎春 蔡逢华 范宝江 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种井筒带水掘砌方法,具体步骤为：井筒含水岩层段掘进、围岩裸岩壁面铺贴防排水板、井壁支模板及混凝土浇注、井筒防排水板后总水量达到设定界限值时,井底施工混凝土止浆垫以及井壁后注浆充填,重复以上步骤完成井筒含水层段带水掘进；其原理简单,操作方便,能够有效解决在井筒穿越含水岩层出水情况下井壁质量保证及涌水治理的问题。(The invention discloses a shaft water-carrying digging and building method, which comprises the following specific steps: tunneling a water-bearing rock stratum section of a shaft, paving a water-proof drainage plate on the wall surface of surrounding rock bare rock, supporting a formwork of the shaft wall and pouring concrete, and when the total water quantity after the water-proof drainage plate of the shaft reaches a set limit value, constructing a concrete grout stop pad at the bottom of the shaft and filling the concrete grout stop pad after the shaft wall, and repeating the steps to complete the tunneling of the water-bearing stratum section of the shaft with water; the method has simple principle and convenient operation, and can effectively solve the problems of well wall quality assurance and water burst treatment under the condition that the shaft passes through the water-bearing rock stratum to discharge water.)
技术领域
本发明涉及矿山建设领域，具体涉及一种井筒带水掘砌方法。
背景技术
井筒被形象的称为井工开采矿山的咽喉，承担着矿井人员、设备、材料出 入井及矿井通风的重要任务。当前井筒主要建设方法分为冻结法、钻井法、普 通法，冻结法及钻井法为特殊凿井方法，主要用于厚松散层等特殊地质条件工 况。实际凿井过程中普通法应用最多，普通法凿井主要采用钻爆法凿岩，采用 抓斗及吊桶清运碎石，井壁采用常规混凝土浇筑。在普通法凿井过程中针对井 筒穿遇含水岩层的工况，常采用预注浆及井壁注浆法进行水害治理。针对如灰 岩等宽大溶裂隙发育的强渗岩层，预注浆一般能够达到理想效果，预注浆后井 筒再掘进穿遇含水岩层段时一般不会再有大流量出水现象。但针对如我国西部 矿区广泛发育的直罗组、洛河组砂岩孔隙、微裂隙等微细裂隙及平顶山矿区平 顶山砂岩微裂隙的工况，预注浆效果往往无法完全达到预期，即在预注浆后井 筒在含水岩层段仍残留一定量的涌水。还有部分微渗、弱渗岩层，常采用在不 注浆的情况下直接掘进揭露含水岩层段，含水岩层段自身也会呈现一定量的涌 水现象。此类涌水点常呈现分散、小而密的现象。
由于残留涌水的存在，在现浇井壁混凝土的过程中，壁后岩层残留涌水会 对井壁混凝土产生冲刷作用，流水带走了混凝土中的水泥成分，根据资料记 载，当涌水量为17m3/h时砌井，会冲去新浇混凝土中水泥成分的30％，井壁 强度会降低2/3以上，出现严重的蜂窝麻面、破裂、渗漏、强度降低等现象。 后期再采用井壁注浆法治理井壁渗漏水时，由于井壁质量不佳，为防止井壁进 一步破裂，而不得已控制注浆压力，即井壁注浆压力得不到保障，井壁注浆也 无法达到预期效果。造成了很多井筒存在井壁质量缺 陷、井筒渗漏水量超标的问题，如宁夏梅花井煤矿风井、红四煤矿井筒、平煤 十矿三水平风井、核桃裕煤矿措施井、芦村一矿风井等等。如何在井筒含水岩 层段存在一定涌水量的情况下，保证井壁混凝土浇筑的质量，并在井壁质量较 好的情况下治理井壁涌水是需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种井筒带水掘砌方法， 其原理简单，操作方便，能够有效解决在井筒穿越含水层出水情况下混凝土井 壁质量保证及涌水治理的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种井筒带水掘砌方法，具体包括以下步骤：
1)、在预注浆治理后的预计涌水量较大的岩层段或微渗、弱渗岩层段，采 用常规钻爆法凿岩后清运碎石；
2)、根据单段掘进的设计段高，在含水岩层段4已掘进的围岩裸岩壁面5 铺贴凸凹状的防排水板6，防排水板6配合围岩裸岩壁面5不平整的表面将出 涌水隔离，出涌水从防排水板6与裸岩壁面5之间的间隙向下流淌最终流入井 底；然后支井壁模板并浇注混凝土，形成混凝土井壁2；
3)、重复步骤2)，相邻两次单段掘进所铺贴的防排水板6需靠紧搭接在一 起，保证防排水板6与围岩裸岩壁面5之间的水向下流淌，不会向外溢出；
4)、当井筒1内防排水板6后的出涌水总量接近界限值时，再向井底掘进 一定距离H，然后沿着新掘进的围岩裸岩壁面5继续向下铺贴防排水板6至井 底；
5)、在井底施工滤水层7，滤水层7中部竖向安装集水管路3，集水管路3 底部开有过水孔并且其内部安装有水泵，最后在滤水层7上面浇筑混凝土止浆 垫8；
6)、当混凝土止浆垫8充分凝固后，在已铺贴防排水板6的混凝土井壁2 上施工若干排钻孔9，最上一排钻孔9布置于本带水掘进段的开始位置，每排 钻孔9的数量为N个并均匀布置，混凝土止浆垫8上的集水管路3连接注浆管 路设备并进行注浆，浆液10在滤水层7及混凝土井壁2后空间渗流扩散，最 终完成此段井筒1的带水掘进。
优选地，步骤1)中，预注浆治理后，在掘进过程中若含水岩层段出现涌 水现象，此时水量不会太大，在掘进迎头安装临时排水设备进行排水。
优选地，步骤4)中，水量界限值根据井筒1直径大小及井筒1安装临时 排水能力确定，界限水量不超过50m3/h。
优选地，步骤4)中，H的计算公式为：
H为井底再掘进的距离，单位m；
P0为井底位置原含水岩层段水压的1.5倍，单位MPa；
r为井筒掘进半径，单位m；
[σ]为止浆垫浇筑用混凝土的允许抗压强度，单位Mpa；
优选地，步骤5)中，滤水层7厚度为0.5m，混凝土止浆垫8浇筑厚度为 H-0.5m，在混凝土止浆垫8凝固过程中，集水管路3内的泵持续向外部抽排 井底的水。
优选地，步骤6)中，钻孔9孔径不大于42mm，每排布孔3个，每排钻 孔9竖向间距为30m。
优选地，步骤6)中，钻孔9施工完成后安装孔口管及阀门，混凝土止浆 垫8上的集水管路3连接注浆管路设备并进行注浆，浆液10在滤水层7及混 凝土井壁2后空间渗流扩散，注浆时打开各个钻孔9孔口管上的阀门，当观测 到某个钻孔9有返浆现象时，则关闭该钻孔9的阀门，直到最上一排钻孔9出 现返浆现象时，完成注浆。
本发明的有益效果在于：本方法原理简单，操作方便，采用先隔离水，再 治水的方法，能够有效防止混凝土井壁浇筑过程中岩层水的影响，保证井壁浇 筑质量，同时采用浇筑止浆垫、注浆的方法实现岩层水的封堵。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的含水岩层段位置示意图；
图2为本发明实施例提供的防排水板安装位置示意图；
图3为本发明实施例提供的混凝土井壁浇筑位置示意图；
图4为本发明实施例提供的混凝土止浆垫安装位置示意图；
图5为本发明实施例提供的注浆效果示意图。
附图标记说明：
1、井筒；2、混凝土井壁；3、集水管路；4、含水岩层段；5、围岩裸岩 壁面；6、防排水板；7、滤水层；8、混凝土止浆垫；9、钻孔；10、浆液。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，一种井筒带水掘砌方法，具体包括以下步骤：
1)、在预注浆治理后的预计涌水量较大的岩层段或微渗、弱渗岩层段，采 用常规钻爆法凿岩后清运碎石；预注浆治理后，在掘进过程中若含水岩层段出 现涌水现象，此时水量不会太大，在掘进迎头安装临时排水设备进行排水；
2)、根据单段掘进的设计段高，在含水岩层段4已掘进的围岩裸岩壁面5 铺贴凸凹状的防排水板6，防排水板6配合围岩裸岩壁面5不平整的表面将出 涌水隔离，出涌水从防排水板6与裸岩壁面5之间的间隙向下流淌最终流入井 底；然后支井壁模板并浇注混凝土，形成混凝土井壁；
3)、重复步骤2)，相邻两次单段掘进所铺贴的防排水板6需靠紧搭接在一 起，保证防排水板6与围岩裸岩壁面5之间的水向下流淌，不会向外溢出；
4)、当井筒1内防排水板6后的出涌水总量接近界限值时，再向井底掘进 一定距离H，然后沿着新掘进的围岩裸岩壁面5继续向下铺贴防排水板6至井 底；水量界限值根据井筒1直径大小及井筒1安装临时排水能力确定，界限水 量不得超过50m3/h；，H的计算公式为：
H为井底再掘进的距离，单位m；
P0为井底位置原含水岩层段水压的1.5倍，单位MPa；
r为井筒掘进半径，单位m；
[σ]为止浆垫浇筑用混凝土的允许抗压强度，单位Mpa；
5)、在井底施工滤水层7，滤水层7中部竖向安装集水管路3，集水管路3 底部开有过水孔并且其内部安装有水泵，最后在滤水层7上面浇筑混凝土止浆 垫8；滤水层7厚度为0.5m，混凝土止浆垫8浇筑厚度为H-0.5m，在混凝土 止浆垫8凝固过程中，集水管路3内的泵持续向外部抽排井底的水；
6)、当混凝土止浆垫8充分凝固后，在已铺贴防排水板6的混凝土井壁2 上施工若干排钻孔9，最上一排钻孔9布置于本带水掘进段的开始位置，钻孔 9孔径不大于42mm，每排布孔3个，每排钻孔9竖向间距为30m，混凝土止 浆垫8上的集水管路3连接注浆管路设备并进行注浆，浆液10在滤水层7及 混凝土井壁2后空间渗流扩散，注浆时打开各个钻孔9的输浆管上的阀门，当 观测到某个钻孔9有返浆现象时，则关闭该钻孔9的阀门，直到最上一排钻孔 9出现返浆现象时，完成注浆，最终完成此段井筒1的带水掘进。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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