浅析立井过采空区安全快速施工技术
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【摘 要】当立井通过采空区时，由于采空区存在积水、有害气体，容易造成安全事故隐患，常规处理方法是直接钻孔注浆，但该方法存在钻孔数量多、工期长、效率低、成本高的缺点。论文以同煤塔山矿西部工业广场回风立井工程井筒快速施工为例，通过超前物探，工作面预注浆堵水，将水泥碎石浆注入采空区及影响范围空隙，摸索出立井安全快速通过采空区的施工工艺及劳动组织，值得推广。
【Abstract】When the shaft passes through the goaf， because there is water and harmful gas in the goaf， it is easy to cause hidden danger of safety accidents. The conventional treatment method is directly drilling grouting， but this method has the disadvantages of large number of drilling holes， long time limit， low efficiency and high cost. This paper takes the rapid construction of the shaft of the return air shaft engineering in the western industrial square of Datong coal industry Tashan mine as an example， through advanced geophysical exploration， pre-grouting on the working face to block water， injecting the cement and gravel slurry into the goaf and the gap in the affected area， to find out the construction technology and labor organization of the safe and rapid passage of the shaft through the goaf， which is worthy of promotion.
【关键词】深立井;采空区;安全快速施工
【Keywords】deep vertical shaft; goaf; safe and rapid construction
【中图分类号】TD262 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）01-0154-02
1 工程概况
1.1 井筒特征
塔山矿西部工业广场回风立井工程，净直径为8.5m，井筒设计深度为694m。井口绝对标高+1591m，井底绝对标高+897m（不含铺底厚度）。井筒支护采用钢筋砼或锚网加素砼支护的方式。
井筒素混凝土段620.5m（含2号壁座），采用锚网一次支护和素混凝土永久支护相结合，永久支护厚度700mm，强度等级C40。
回风立井风硐出口落底标高+1583.00m（预计），安全出口落底标高+1586.50m（预计）（见表1）。
1.2 井筒穿越煤层、采空区情况
根据井筒地质柱状图显示，在施工井筒过程中会先后遇到9#煤采空区和14-3#塌空区，9#煤采空区高度1.5m，没有积水，位于井筒84.5m位置。14-3#层采空区高度8.8m，积水深度1.5m，位于井筒163m位置。同时采空区还存在有害气体等危险因素。
2 施工方案
在準备期内完成地面临时设施、凿井措施工程施工。井筒施工至井深25m，安装两盘，吊挂管线，进行井筒的正式掘砌施工。井筒掘砌施工采用立井综合机械化配套作业线，短段掘砌混合作业方法施工。设两套单钩提升系统，座钩翻矸;表土段采用人工配合挖掘机掘进;基岩段采用伞钻打眼，中深孔光面光底爆破，中心回转抓岩机装岩;高液压伸缩整体下移式金属模板砌壁。
在井筒过采（塌）空施工期间，拟采取“先探再治后掘的方针”：即“物探先行，钻探验证，注浆充填，短段掘砌”的总体施工方案。根据物探结果，分析出采（塌）空的位置、高度及水位大小、有害气体含量等情况，在此基础上再采取钻探施工，以验证物探结果的准确性，然后再采取注浆充填的方法，短段掘进的施工步骤，以达到安全顺利通过采（塌）空的目的[1]。
过采（塌）空施工采用短段掘砌作业方式，普通钻爆法施工。在掘进至采（塌）空5m位置时，采用“探三进一，放小炮”的方法掘进。
采（塌）空及顶底板上下5m范围内，采用锚网索喷进行临时支护，现浇筑混凝土永久支护的方式施工。
临时支护锚索规格为？准17.8mm×5.0m，间排距均为2m;锚杆规格为？准22mm×2.5m，间排距均为1m;金属网规格为？准6mm，网格尺寸为100mm×100mm。喷射混凝土厚度不小于100mm。
3 采空区施工措施
3.1 物探先行，查明采（塌）空情况 在井筒即将施工至采（塌）空前30m位置时，停止掘进，项目部及时向建设单位地质主管部门和监理单位负责人汇报。同时做好井筒工作面的支护工作，并清理完毕工作面矸石。根据物探结果，在探明采（塌）空有无含导水性，哪儿含水、含水区分布范围、有无潜在含导水通道等情况后，再进行下一步施工[2]。
3.2 钻探验证，精查采（塌）空边界
根据物探结果，在距采（塌）空区10m位置时，停止施工，再采用钻探验证。共布置探测钻孔9个，孔径？准90mm，要求钻透采（塌）空区，进入底板1m，超出井筒轮廓线外15m。精确查明采（塌）空积水及有害气体情况，确定采（塌）空位置。
根据钻孔资料，分析确定采（塌）空精确方位及走向，探明采（塌）空积水和有害气体情况后，及时采取排水和抽放有害气体等措施，排除积水和有害气体危险后，方可进行下一步施工。
3.3 采（塌）空注浆充填
通过钻探精查，确定采（塌）空边界后，在工作面距离采空区10m位置时，进行注浆充填施工。
3.3.1注浆设计
①注浆孔布置。 根据计算结果，设计选择注浆孔直径和布置注浆钻孔数量，利用钻机施工。要求穿透采（塌）空，进入底板1m，超出井筒轮廓线外5m。
②注浆材料。首先向采（塌）空注入马丽散，封闭采空区，然后向采（塌）空注入水泥碎石浆，充填固化采（塌）空。水泥碎石浆采用水玻璃作速凝剂，配比（重量比）为3∶7∶110∶0.3（PO42.5水泥∶碎石∶水∶水玻璃）。
3.3.2 注浆施工
注浆施工顺序：钻孔定位—成孔及下套管—下注浆管，浇筑孔口管—注入水泥碎石浆。注浆过程中，要密切观察注浆情况，发现异常，及时处理。
3.3.3 注浆效果钻孔验证
注浆施工结束，待水泥碎石浆凝固后，采用钻孔取心法，对注浆效果进行取样验证;检查孔要求岩心采取率达到60%以上。取心过程中，对孔内漏水段，软弱段孔深，要作详细记录，并通过取岩心，对不同程度的岩体裂隙充填固结程度进行分析，以验证采（塌）空注浆充填效果。
在井筒工作面均勻布置6个检查孔，终孔位置超出井筒轮廓线外2m，孔径？准133mm。经检验，注浆如未达到预期效果，应加密钻孔，补充注浆。各检查孔经全孔取心分析，均达到设计要求，采（塌）空充填严密，瓦斯含量也明显降低，表明注浆取得了理想效果，可以进行掘进施工。
4 安全注意事项
①立井井筒过采（塌）空区时，瓦检员严格执行“一炮三检”和“三人连锁”放炮制度，并留有详细记录。②立井井筒穿过采（塌）空区时，每班跟班队长负责检查，记录打探眼的施工全过程，探眼深度不小于4m，进度眼深度不大于1.5m，周边眼间距，装药量严格控制并做好详细记录。③瓦检员负责检查工作面、回风流、吊盘上的瓦斯和CO2的浓度，每班检查次数不少于3次，并留有详细记录。瓦斯浓度超过1%或CO2的浓度超过1.5%时，必须立即撤人，并切断电源。④风筒与工作面距离不大于5m，风筒无漏风、跑风现象，保证工作面风量符合规程要求。⑤当班带班领导，班组长及其他流动人员必须佩戴便携式瓦检仪，下井人员必须佩戴自救器和安全带。⑥井口风机必须连续运转，并配备备用风机，严禁随意停开风机，井口安检人员严格把关，发现异常及时汇报、及时处理。⑦在揭露采（塌）空区前，必须先探明采（塌）空区内有无刺鼻的有害气体，分析是否有火区隐患。当掘到距采（塌）空区20m后，必须加强“一通三防”管理工作，带班领导、瓦检员及班组长必须盯在现场，认真履行各自岗位责任，分工明确，责任到人，手拉手交接班，遗留问题必须当面交清、交全，并填写交接班记录。⑧过采（塌）空区时，加强机电设备管理，严禁明火操作、严禁失爆、严禁带电检修，严禁放明炮、糊炮，放炮电缆随时检查，发现漏电及时更换，并要求井筒内严禁使用非防爆照明灯。⑨在揭露采（塌）空区之前，为防患于未然，工作面应至少配备两天潜水泵，以便于及时排出采（塌）空区积水。
5 结语
该项技术对采空区采用超前物探探测，工作面预注浆充填加固，与传统的采空区封闭方法相比，可操作性强，技术可行，该项技术有效防止揭露采空区时水害及瓦斯事故，保证施工安全，具有推广价值。
【参考文献】
【1】崔云龙.简明建井工程手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.
【2】李旭峰.立井通过采空区施工技术[J].建井技术，2016，37（06）：9-12.
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