斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构的制作方法
【专利摘要】一种斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构，所述结构是矿井巷道的多层支护结构，包括初期支护和永久支护，所述初期支护的表面、初期支护和永久支护之间铺设有隔水层，所述永久支护为混凝土砌碹支护，所述型钢支架由拱部支架、左边墙支架、右边墙支架和反拱支架组成，所述反拱支架的下侧设有滤水层。本实用新型解决了矿山斜井大断面过含水段井筒施工过程中，井筒的防渗漏措施不足的问题，解决传统斜井疏干保水技术工期较长，费用较高的问题。
【专利说明】斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于矿山隧道开挖领域，特别涉及一种矿山斜井大断面过含水段的井筒防渗漏结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]近年来煤炭资源的开发和矿井开挖的过程中不可避免会遇到含水层，随着开采技术的进步，技术人员越来越多的提出了绿色开采的概念。绿色开采中保水是施工的前提，井筒顺利通过含水层是要达到的目标，因此涉及了保水开采和斜井过不稳定土层两部分施工技术。
[0003]现阶段，矿山斜井过不稳定土层(含水层)的施工技术目前已经比较成熟，发展了多种施工方法，如旋喷法，注浆法，冻结法，井点降水法等。而保水开采则将多数施工方法的重点放在了井筒顶板的控制问题，对掘进及建井时期的保水问题，特别是井筒的防渗漏问题没有涉及，对水资源的回收和利用问题亦无涉及。对一些含水层是主要工业及生活用水来源的地区来说，施工必须确保该含水层水资源不被污染和破坏，因此对斜井大断面过含水层的保水开采措施，特别是井筒的防渗漏措施及施工方法均提出了新的要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构，要解决矿山斜井大断面过含水段井筒施工过程中，井筒的防渗漏措施不足的问题，解决传统斜井疏干保水技术工期较长，费用较高的问题。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构，是矿井巷道的多层支护结构，包括初期支护和永久支护，所述初期支护包括钢管棚、型钢支架和初期支护混凝土，所述型钢支架由拱部支架、左边墙支架、右边墙支架和反拱支架组成，所述初期支护混凝土由拱圈喷射混凝土、边墙喷射混凝土和反拱现浇混凝土组成，
[0007]拱部、边墙的初期支护和永久支护之间分别设有拱部隔水层和边墙隔水层，所述反拱支架的下侧由下至上设有滤水层和反拱隔水层，所述反拱隔水层与边墙隔水层和拱部隔水层连接成一体的隔水层，
[0008]所述永久支护为混凝土砌碹支护，永久支护混凝土由边墙现浇混凝土、拱部现浇混凝土和现浇混凝土地坪组成。
[0009]所述拱圈喷射混凝土和边墙喷射混凝土是混凝土标号至少为C25的素混凝土，其喷射厚度与型钢支架的厚度之和至少为300mm。
[0010]所述隔水层是防水土工布层。
[0011]所述滤水层包括滤料和间隔埋设在滤料中的导水管。
[0012]与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果:
[0013]本实用新型中井筒防渗漏结构中隔水层的设置为保水开采以及斜井大断面过含水层的井筒施工快速穿过含水砂砾层打下基础。
[0014]本实用新型中斜井大断面过含水层后不破坏周边水系的补给途径、流向，特别是与“注浆帷幕法”和“冻结法”等方案相比费用低廉，缩短了工期、提高工程质量和保证施工安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0016]图1是本实用新型中斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构和本实用新型施工方法步骤二十完成后的井筒结构示意图。
[0017]图2是降水井的剖面结构示意图。
[0018]图3是斜井和降水井立面水位变化示意图。
[0019]图4是工作面排水系统示意图。
[0020]图5是降水井中水资源上下循环系统示意图。
[0021]图6是本实用新型施工方法步骤二和步骤四中降水井的平面布置示意图。
[0022]图7是本实用新型施工方法步骤六完成后的井筒结构示意图。
[0023]图8是本实用新型施工方法步骤七完成后的井筒结构示意图。
[0024]图9是本实用新型施工方法步骤八完成后的井筒结构示意图。
[0025]图10是本实用新型施工方法步骤九完成后的井筒结构示意图。
[0026]图11是本实用新型施工方法步骤十完成后的井筒结构示意图。
[0027]图12是本实用新型施工方法步骤十一完成后的井筒结构示意图。
[0028]图13是本实用新型施工方法步骤十二完成后的井筒结构示意图。
[0029]图14是本实用新型施工方法步骤十三完成后的井筒结构示意图。
[0030]图15是本实用新型施工方法步骤十四完成后的井筒结构示意图。
[0031]图16是本实用新型施工方法步骤十五完成后的井筒结构示意图。
[0032]图17是本实用新型施工方法步骤十六完成后的井筒结构示意图。
[0033]图18是本实用新型施工方法步骤十七完成后的井筒结构示意图。
[0034]图19是本实用新型施工方法步骤十八完成后的井筒结构示意图。
[0035]图20是本实用新型施工方法步骤十九完成后的井筒结构示意图。
[0036]附图标记:1 一钢管棚、2 —型钢支架、2.1 一拱部支架、2.2 一左边墙支架、2.3 一右边墙支架、2.4 一反拱支架、3 —初期支护混凝土、3.1 一拱圈喷射混凝土、3.2 一边墙喷射混凝土、3.3 一反拱现浇混凝土、4 一永久支护混凝土、4.1 一边墙现浇混凝土、4.2 一拱部现浇混凝土、4.3 一现浇混凝土地坪、5 —降水井、5.1 一观测井、5.2 一抽水井、6 —矿井巷道、7 一斜井巷道中心线、8 —上台阶周边、9 一上台阶中部、10 —下台阶左边墙部分、11 一下台阶右边墙部分、12 —隔水层、12.1 一反拱隔水层、12.2 一边墙隔水层、12.3 一拱部隔水层、13 一滤料、14 一导水管、15 —地坪、16 —螺旋焊接管、17 —降水井滤料、18 —拱圈喷射混凝土、19 一水沟。
【具体实施方式】
[0037]实施例参见图1所示，一种斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构，是矿井巷道6的多层支护结构，包括初期支护和永久支护，所述初期支护包括钢管棚1、型钢支架2和初期支护混凝土 3，所述型钢支架2由拱部支架2.1、左边墙支架2.2、右边墙支架2.3和反拱支架2.4组成，所述初期支护混凝土 3由拱圈喷射混凝土 3.1、边墙喷射混凝土 3.2和反拱现浇混凝土 3.3组成，
[0038]拱部、边墙的初期支护和永久支护之间分别设有拱部隔水层12.3和边墙隔水层12.2，所述反拱支架2.4的下侧由下至上设有滤水层和反拱隔水层12.1，所述反拱隔水层12.1与边墙隔水层12.2和拱部隔水层12.3连接成一体的隔水层12，
[0039]所述永久支护为混凝土砌碹支护，永久支护混凝土 4由边墙现浇混凝土 4.1、拱部现浇混凝土 4.2和现浇混凝土地坪4.3组成。
[0040]所述拱圈喷射混凝土 3.1和边墙喷射混凝土 3.2是混凝土标号至少为C25的素混凝土，其喷射厚度与型钢支架的厚度之和至少为300mm。
[0041]所述隔水层12是防水土工布层。
[0042]所述反拱现浇混凝土 3.3、边墙现浇混凝土 4.1和拱部现浇混凝土 4.2为添加BR型增强防水剂、标号至少为C30的混凝土，所述反拱现浇混凝土 3.3的厚度为300_~600mm,所述边墙现烧混凝土 4.1和拱部现烧混凝土 4.2的厚度至少为400_。
[0043]所述滤水层包括滤料13和间隔埋设在滤料中的导水管14。
[0044]一种应用以上所述的斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构的疏干保水的施工方法，施工步骤如下:
[0045]步骤一:参见图4所示，建立工作面排水系统；
[0046]步骤二:参见图6所示，沿斜井巷道中心线7的两侧先施工降水井5中的试验观测井5.1与抽水井5.2 ；
[0047]步骤三:参见图5所示，施工管井抽水管路和降水井的清水调节池；
[0048]步骤四:参见图6所示，沿斜井巷道中心线7的两侧继续施工其余降水井；
[0049]步骤五:参见图3所示，使用抽水机对降水井5进行抽水疏干，经过降水井的抽水疏干，地下水位降至工作面的底板以下，降低高度如图中所示的s ；
[0050]步骤六:参见图7所示，斜井井筒巷道初期支护中钢管棚I的钻装施工；
[0051]步骤七:参见图8所示，使用台阶法进行井筒巷道的挖掘施工，首先对上台阶周边8进行开挖施工；
[0052]步骤八:参见图9所示，拱部支架2.1的安装，包括钻装拱部托梁、铺设钢筋网片和相邻两支架间连接筋的焊接；
[0053]步骤九:参见图10所示，在拱部支架2.1上施工拱圈喷射混凝土 3.1 ；
[0054]步骤十:参见图11所示，上台阶中部9的开挖施工；
[0055]步骤十一:参见图12所示，下台阶左边墙部分10的开挖施工；
[0056]步骤十二:参见图13所示，安装左边墙支架2.2，左边墙支架2.2与拱部支架2.1连为一体，在左边墙支架上施工边墙喷射混凝土 3.2 ；
[0057]步骤十三:参见图14所示，下台阶右边墙部分11的开挖施工；
[0058]步骤十四:参见图15所示，安装右边墙支架2.3，右边墙支架2.3与拱部支架2.1连为一体，在右边墙支架上施工边墙喷射混凝土 3.2 ；
[0059]步骤十五:参见图16所示，巷道围岩底部铺设滤水层，在滤料13中埋设导水管14；
[0060]步骤十六:参见图17所示，在滤水层上铺设反拱隔水层12.1，所述反拱隔水层12.1向边墙喷射混凝土表面延伸，用于与后续施工中边墙隔水层的连接，保证边墙和拱部的水顺势向下；
[0061]步骤十七:参见图18所示，在反拱隔水层12.1上安装反拱支架2.4并浇筑反拱现浇混凝土 3.3，反拱支架2.4与左、右边墙支架连为一体；
[0062]步骤十八:参见图19所示，在边墙喷射混凝土 3.2的表面铺设边墙隔水层12.2，在拱圈喷射混凝土 3.1的表面铺设拱部隔水层12.3，使边墙隔水层12.2、拱部隔水层12.3和反拱隔水层12.1连接为一体，保证隔水层的密封性；
[0063]步骤十九:参见图20所示，在边墙隔水层12.2的表面施工边墙现浇混凝土 4.1，在拱部隔水层12.3的表面施工拱部现浇混凝土 4.2 ；
[0064]步骤二十:参见图1所示，在反拱现浇混凝土 3.3的表面施工现浇混凝土地坪4.3和水沟19，使各个部分的永久支护连成整体。
[0065]参见图2所示，所述降水井5内设有沿井壁放置的螺旋焊接管16，所述螺旋焊接管16的下部均布多个进水孔，所述进水孔表面包裹尼龙网并使用防水丝线绑扎紧实，以防杂物塞住进水孔，井壁范围内的螺旋焊接管16外侧填满降水井滤料17，本实施例中所述螺旋焊接管16的管径为Φ 325mm,壁厚6mm，螺旋焊接管16的下部40m处均布多个进水孔，其孔径为Φ25,按密度为IOOmm间距布置。
[0066]所述降水井4等距离均匀分布在斜井巷道中心线7的两侧。
[0067]所述降水井的施工`步骤包括钻机选型、钻机就位与调整、岩心采样、下井管、填滤料、洗井、试抽降水。
[0068]在矿井设计及建井过程中应把绿色开采、生态环境保护及水资源保护列为首要考虑因素。疏干保水施工的“循环经济理念”必将在水资源最匮乏的地区更加深入人心。实现煤炭资源开发利用与矿区生态保护的协调发展，对于促进国民经济和社会健康发展意义重大。
[0069]本实用新型的施工方法中相比传统的整体开挖，先对上台阶周边进行开挖，减少开挖空间，减少了暴露面砂石向井内流入，可防止不稳定土层由于过度开挖造成巷道垮冒，确保施工安全，加快了施工进度，为后期施工创造极为有利的条件。
[0070]本实用新型中的疏干保水施工原理:(I)疏干是通过对周边地质条件和水文情况探测分析和降水参数计算，建立地面排水系统，在人为控制的情况下利用深孔降水井超前距离、输水降压和工作面堵沙、导水工艺，消除矿井建设和生产过程中含水砂砾层对矿井安全的影响，其基本内容可分为疏干和输水降压两个方面。其中，疏干是指通过疏水将含水层的水位降至矿井工程层位标高以下，或造成稳定的降落漏斗，使之局部疏干，避免开拓时含水层水直接涌入工作面。疏水降压是指通过疏水将含水层水位降至预先设计的安全标高之下，从而减轻或消除矿井在开拓和生产过程中含水层水在水压力作用下破坏其上下隔水层而涌入矿井。调节矿井涌水量、改善井下作业条件以及保证斜井开拓安全。(2)疏干保水是根据近点疏干抽水量、工作面涌水量、地面地下水文地质条件及水资源需求和使用情况，建立合理的地下水抽取、地面水净化、检测工艺流程和水资源回收利用系统。(3)按照保水要求，进行井筒防渗漏支护方式设计。主要包括初期支护、隔水层、永久支护。初期支护的目的是快速通过含水砂砾层，防止巷道垮冒，确保施工安全，为后期施工创造条件。隔水层:在过完含水层巷道初期支护后，永久支护前全断面铺设防水土工布，永久支护:采用高强度混凝土进行砌碹支护，混凝土中添加BR系列增强型防水剂；反拱支架下铺设由碎石和导水管组成的滤水层，所述导水管可使用PPC塑料多孔导水管，再浇筑反拱现浇混凝土至巷道设计标闻。
[0071]本实用新型施工完成后，根据井点疏干抽水量、工作面涌水量、地面地下水文地质条件及水资源需求和使用情况，建立合理的地下水抽取、地面水净化、检测工艺流程和水资源回收利用系统，实现了生态环境保护、水资源保护及矿区生态保护的协调发展，以绿色开采及水资源保护理念应用在建井施工过程中，实现绿色建井施工。如图5所示，建立了斜井施工过程中地下水井上下循环系统，形成了一套满足保护水资源的施工综合技术，地表施工的劳动安全条件较好，组织灵活，不污染水源，施工期间所抽的水可通过简单设施进行回用，不影响周边居民用水，不破坏水系，安全有保障、环境污染少、经济效益好，便于控制，便于实施对水资源的保护。
[0072]本实用新型解决了斜井大断面穿越砂砾岩含水层保水施工技术难题，并为今后类似过含水流沙层保水施工提供了成功经验。
【权利要求】
1.一种斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构，是矿井巷道(6)的多层支护结构，包括初期支护和永久支护，其特征在于:所述初期支护包括钢管棚(I)、型钢支架(2)和初期支护混凝土(3)，所述型钢支架(2)由拱部支架(2.1)、左边墙支架(2.2)、右边墙支架(2.3)和反拱支架(2.4)组成，所述初期支护混凝土(3)由拱圈喷射混凝土(3.1)、边墙喷射混凝土(3.2)和反拱现浇混凝土(3.3)组成， 拱部、边墙的初期支护和永久支护之间分别设有拱部隔水层(12.3)和边墙隔水层(12.2),所述反拱支架(2.4)的下侧由下至上设有滤水层和反拱隔水层(12.1 )，所述反拱隔水层(12.1)与边墙隔水层(12.2)和拱部隔水层(12.3)连接成一体的隔水层(12)， 所述永久支护为混凝土砌碹支护，永久支护混凝土(4)由边墙现浇混凝土(4.1)、拱部现浇混凝土(4.2)和现浇混凝土地坪(4.3)组成。
2.根据权利要求1所述的斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构，其特征在于:所述拱圈喷射混凝土(3.1)和边墙喷射混凝土(3.2)是混凝土标号至少为C25的素混凝土，其喷射厚度与型钢支架的厚度之和至少为300mm。
3.根据权利要求1所述的斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构，其特征在于:所述隔水层(12)是防水土工布层。
4.根据权利要求1所述的斜井大断面过含水层井筒防渗漏结构，其特征在于:所述滤水层包括滤料(13 )和间隔埋设在滤料中的导水管(14 )。
【文档编号】E21D9/00GK203441498SQ201320448315
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】易香保, 刘护平, 杨华明, 周海火, 吴强 申请人:中鼎国际工程有限责任公司