一种在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法与流程

本发明涉及一种开凿立井施工方法，属于煤矿施工技术领域，具体涉及一种在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法。

背景技术：

目前，通常使用的井筒施工方法分为一般方法和特殊方法两类，一般方法包括普通法和注浆法；特殊方法包括冻结法、沉井法、钻井法、帷幕法和井点法等。

一般而言，在井筒深度较大，且需穿过富水性较强的巨厚基岩含水层时，由于普通法和疏水降压法施工过程中防治水问题难以解决，必须采用井筒冻结法或是半冻结法施工。

冻结法在井筒通过深厚基岩含水层和松散含水层施工中有着明显的优势，应用较为广泛。但是该方法的不足之处是井筒掘砌工程量大，使用设备多，费用较高，准备期较长。例如，中国专利公开号cn103277103b，公开日2014年12月24日，发明创造的名称为：一种井开凿穿越巨厚富水基岩非全深冻结方法，该申请案公开了一种在巨厚富水基岩中井筒施工非全深冻结的方法，与常规冻结法相比施工快速，安全高效。其不足之处是虽然采用相关施工工艺进行井筒半冻结法，但是在含水层段仍大量施工冻结孔，无法完全实现普通法施工，施工工期较普通法相比较慢，费用仍然较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对立井开凿过程中需要穿过巨厚富水性较好基岩含水层的问题，在井下巷道具备排水条件的前提下，提供一种可以采用普通法井筒施工的防治水方法，施工工艺简单、工期短、成本低，有效解决了巨厚基岩含水层中使用普通法施工井筒开凿受水害影响较大、费用高、工期长，必须采用冻结法施工的问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，包括以下步骤：

(1)在井筒范围内施工专用泄水孔1；

(2)在泄水孔1下入筛管2进行护壁，井下巷道对接泄水孔1，利用井下排水系统进行含水层疏放；

(3)进行井筒挖掘；

(4)对开凿段泄水孔1孔口筛管2进行割除，加盖孔口保护盖，继续重复(3)。

优化的，上述的在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，步骤(1)中，先采用小孔径牙轮钻头复合钻进方式施工导向孔，施工完成后采用大孔径钻头扩孔，形成泄水孔1。

优化的，上述的在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，步骤(2)中，在成孔的泄水孔1内下放筛管2，筛管2用套管加工而成，筛孔直径18mm，隔一定距离留设一个直径50mm大小的孔，巷道掘进后与该泄水孔相接，在井筒开挖前和开挖过程中进行含水层疏放，将水导入井下利用井下排水系统进行排水。

优化的，上述的在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，步骤(2)中，利用钻杆加工泄水孔盖帽，所述泄水帽包括钢管3以及与钢管垂直相接的帽状护板4，所述帽状护板4与钢管3之间侧接焊帮。

优化的，上述的在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，步骤(3)中，需按地层情况调整炮眼布置及装药量；在泄水管1周围打设爆轰波释放孔5，释放孔5以外的炮眼渐次加大装药量。

优化的，上述的在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，泄水孔1偏离井筒中心布置，并且步骤(3)中，采用伞钻夺钩绳在泄水孔内下放钻杆泄水孔盖帽。

优化的，上述的在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，步骤(3)中，在井壁淋水集中地段留设截水槽安装空间，根据井壁涌水量安设截水槽6，通过胶管把截水槽6内水引入吊盘下方，通过泄水孔向下排；在含水层段施工双层井壁12，利用外壁进行初步堵水，减小内壁施工时井壁淋水。

优化的，上述的在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，步骤(3)中，在压风管路7增加高强度密封垫，当泄水孔堵塞时在上吊盘安装水箱及排水泵，潜水泵将井筒积水排至水箱，通过水泵及用压风管路7改造成的排水管路，将积水排至地面。

优化的，上述的在巨厚基岩含水层中普通法开凿立井施工方法，所述步骤(3)具体包括以下子步骤：

钻眼爆破子步骤，井筒采用sjz-6.7型伞钻配6台ygz-70凿岩机凿岩，直径长4700mm的钎杆，十字形钎头钻眼；斜眼式掏槽直眼分段挤压爆破，炮眼深为4000mm；6台钻同时打眼，装药采用t220号岩石乳化炸药，药卷规格反向耦合连续装药，串并联联线，电磁雷管引爆，高频发爆器起爆，泄水孔1周围打设爆轰波释放孔5(空眼)，释放孔以外的炮眼渐次加大装药量；

出矸找平及清底子步骤，验炮结束后，下井时必须检查风筒8有无漏风，然后逐步对吊盘、大抓、模板及刃脚内的矸石进行清理，最后再进入工作面工作，利用挖掘机配合抓岩机9分别装入主提升吊桶10和副提升吊桶11提升上井，挖掘机靠近井壁与中心回转同时挖罐窝，然后在吊桶两侧对一个吊桶集中装矸；如遇到致密强性岩石时，首先用挖掘机松动后堆在罐侧；下罐后，抓岩机9在罐侧装矸，挖掘机边松动边装矸；矸石经二平台翻矸后，由铲车装矸至自卸排矸车。继续出矸，并利用挖掘机在配合中心回转抓岩机9清底。

刷帮子步骤，出矸找平时，对于泥岩或小面积欠帮，出矸同时用风镐刷帮；对大面积欠帮，必要时可采取打眼放炮处理，即在出矸的同时采用7655型风钻打眼、放炮带帮，应采取多打眼、少装药的方法，沿井筒切线方向打斜眼，眼间距不超过600mm，根据荒径位置适当控制好眼深；清底时的欠帮打眼后，将与工作面一同装药、连线放炮。

钢筋绑扎子步骤，当出矸找平够砌壁段高时，进行钢筋绑扎工作。竖筋采用等强度的直螺纹套筒机械连接，接头处用牙钳紧固，钢筋扎完，用黄砂回填将接头保护好；

砌壁子步骤，基岩段采用整体金属模板砌筑，在基岩含水层段采用双层井壁12，外壁300mm，内壁厚度450mm。同时在井壁淋水量增大时采用截水槽6进行集水，每4～6模加设一道截水槽6，一周圈分布4个2寸胶管把水引入吊盘以下，减少井壁淋水，确保井壁混凝土质量符合设计要求。

因此，本发明具有如下优点：对于巨厚较强富水基岩含水层，利用泄水孔和井下排水系统进行综合排水，彻底解决井筒水害问题。采用普通法作业，与目前常用的冻结法相比，缩短了工期，降低工程成本和管理成本，井筒质量能得到良好保障。

附图说明

图1井筒开凿水害防治示意图；

图2泄水孔、筛管结构示意图；

图3泄水孔盖帽结构示意图；

图4-1是基岩段炮眼布置图；

图4-2是图4-1的剖视图；

图5双层井壁及壁座示意图；

图6井筒开凿工作面平面布置图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例在井筒开凿前预先施工大口径泄水孔1，在泄水孔1中下入合适孔径的筛管2，引导含水层地下水通过钻孔进入井下排水系统进行疏排，使得井筒开凿位置处在含水层水面以上，为普通法施工创造了条件。

巨厚基岩含水层中立井开凿普通法施工方法具体包括以下步骤：

(1)在井筒范围内施工专用泄水孔1；

(2)在泄水孔内部下入筛管2进行护壁，同时完善井下排水系统；

(3)进行钻眼爆破、抓岩排矸、砌壁等掘砌机械化作业线；

(4)对开凿段泄水孔1筛管2进行割除，加盖孔口保护盖3，继续重复掘砌工程。

由于采用了上述立井开凿普通法施工方法，本发明具有的有益效果在于：对于巨厚较强富水基岩含水层，利用泄水孔1和井下排水系统进行综合排水，彻底解决井筒水害问题。

采用普通法作业，与目前常用的冻结法相比，缩短了工期，降低工程成本和管理成本，井筒质量能得到良好保障。

下面具体介绍施水孔的施工步骤。

图2为泄水孔1结构示意图。风井泄水孔1钻探工程量为695.73m。施工至煤层以下3.62m。泄水孔1工程采用常规牙轮钻进作业方式，先采用牙轮钻头复合钻进方式施工导向孔，全井任意一测点水平位移在2m范围内，施工完成后采用组合钻头扩孔，形成泄水孔1。

在成孔的泄水孔1内下放筛管2，筛管2用的套管加工而成。筛孔直径18mm，隔一定距离留设一个直径50mm大小的孔，焊接部位确保牢靠。巷道掘进后与该泄水孔1相接，在井筒开挖之前进行预疏降泄水，利用井下排水系统进行排水。

利用3寸钻杆加工泄水孔盖帽，加工9m长直径100mm钢管3,上口用直径400mm，20mm厚钢板圆外环外侧接焊帮，帽状护板4，焊接至直径100mm钻杆上端口(图3)。利用此盖帽将泄水孔1孔口盖住，防止矸石溜入泄水孔1内堵塞泄水孔1。

根据井筒的技术特征及地质条件，井筒采用井机械化配套短段掘砌混合作业方式施工，选用sjz-6.7型伞钻、凿井专用提升机、大吊桶、抓岩机9、整体金属大模板和大型装载机配自卸式汽车为主的提升、钻眼、抓岩排矸、砌壁机械化作业线，工作面布设情况如图6所示。

施工方法包括以下几个步骤：

(1)钻眼爆破

井筒采用sjz-6.7型伞钻配6台ygz-70凿岩机凿岩，直径长4700mm的钎杆，十字形钎头钻眼；斜眼式掏槽直眼分段挤压爆破，炮眼深为4000mm；6台钻同时打眼，装药采用t220号岩石乳化炸药，药卷规格反向耦合连续装药，串并联联线，电磁雷管引爆，高频发爆器起爆(图4-1、图4-2)。泄水管周围打设爆轰波释放孔5(空眼)，释放孔5以外的炮眼渐次加大装药量。

(2)出矸找平及清底

验炮结束后，下井时首先检查风筒8有无漏风，然后逐步对吊盘、大抓、模板及刃脚内的矸石进行清理，最后再进入工作面工作。利用挖掘机配合1台hz-6型抓岩机9分别装入吊桶提升上井，挖掘机靠近井壁与中心回转同时挖罐窝，然后在吊桶两侧对一个吊桶集中装矸；如遇到致密强性岩石时，首先用挖掘机松动后堆在罐侧；下罐后，抓岩机在罐侧装矸，挖掘机边松动边装矸；矸石经二平台翻矸后，由铲车装矸至自卸排矸车。继续出矸，并利用挖掘机在配合中心回转抓岩机清底。

(3)刷帮

出矸找平时，对于泥岩或小面积欠帮，出矸同时用风镐刷帮；对大面积欠帮，必要时可采取打眼放炮处理，即在出矸的同时采用7655型风钻打眼、放炮带帮，应采取多打眼、少装药的方法，沿井筒切线方向打斜眼，眼间距不超过600mm，根据荒径位置适当控制好眼深；清底时的欠帮打眼后，将与工作面一同装药、连线放炮。

(4)钢筋绑扎

当出矸找平够砌壁段高时，进行钢筋绑扎工作。竖筋采用等强度的直螺纹套筒机械连接，接头处用牙钳紧固，钢筋扎完，用黄砂回填将接头保护好。

(5)砌壁

基岩段采用整体金属模板砌筑，在基岩含水层段采用双层井壁12，外壁300mm，内壁厚度450mm。同时在井壁淋水量增大时采用截水槽6进行集水，每4～6模加设一道截水槽，一周圈分布4个2寸胶管把水引入吊盘以下，减少井壁淋水，确保井壁混凝土质量符合设计要求。同时，在井筒黄土层底部、基岩含水层底部各施工一组壁座13，确保井筒稳定性(图5)。

(5)将露出工作面部分的筛管2割除，重新盖好孔口盖帽，重复上述作业流水，直至井筒落底施工完成。

要顺利实现利用泄水孔进行含水层中井筒开凿水害防治来保证普通法施工，主要存在以下技术难点：

(1)在施工过程中爆轰波易将筛管2在连接处崩断，或是筛管2爆破波影响范围内易变形，且矸石易溜入泄水孔孔内，将泄水孔堵塞，影响泄水孔泄水；

(2)井筒深度增加后，基岩含水层中易造成井壁淋水，恶化工作面环境，影响井壁混凝土浇筑质量。

针对其技术难点，主要采取的解决方案有：

(1)泄水孔1偏离井筒中心1m布置；采用伞钻夺钩绳在泄水孔1内下放9m长3寸钻杆加工的泄水孔盖帽4，利用钻杆壁厚大、强度高的特点，同时芯管超过爆破深度两倍以上，放炮后芯管对泄水孔起到保护作用，同时保证在筛管2变形时可通过钻杆3中空部分进行疏水。

(2)根据井下泄水管1位置及岩层变化，及时调整炮眼布置及装药量，防止放炮崩断泄水管和爆轰波将泄水管挤扁堵塞泄水孔。同时，在泄水管周围打设爆轰波释放孔5(空眼)，释放孔5以外的炮眼渐次加大装药量。

(3)在井壁淋水集中位置留设截水槽6安装空间，根据井壁涌水量安设截水槽6，通过2寸胶管把截水槽6内的水引入吊盘以下，减少井壁淋水，确保井壁混凝土浇筑质量符合设计要求。

(4)在含水层段施工双层井壁13，利用外壁进行初步堵水，并进行预注浆，初步封堵井壁涌水，减少内壁施工时的涌水量，保证井壁施工质量。

(5)将压风管路8加高强度密封垫，当泄水孔1堵塞时在上吊盘安装水箱及排水泵，潜水泵将井筒积水排至水箱，通过水泵及用压风管路改造成的排水管路，将积水排至地面。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。