新街台格庙矿区斜井施工防治水技术研究_韩洲源.pdf
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1、新街台格庙矿区斜井施工防治水技术研究韩洲源(神华新街能源有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯017200)摘要:受水文地质条件影响,矿产开采过程中如果没有做好充分的水害防治,会预埋严重的安全隐患。为提高新街台格庙矿区 TBM 试验井生产的安全性,严格落实安全生产方针,结合矿井的地质条件,科学应用防治水技术,启动了不同的安全防治预案,有效消除了富水地段的蔓延条件。本文从新街台格庙矿区斜井的工程概况、工程地质及水文条件出发,分析了防治水风险并探测了超前地质预报,探讨了矿区斜井施工防治水技术应用。关键词:矿区;斜井施工;防治水技术中图分类号:F4063;TD7452文献标识码:B文章编号:10080155(
2、2023)02001603矿产资源是经济发展中不可或缺的重要能源,随着经济的快速发展,能源消耗越来越大,矿井开采的重要性越发凸显,斜井施工提高了煤矿开采的质量与效率。然而,矿产开采深受矿井水文地质条件的影响,而我国矿井的地质条件复杂多变,水害防治难度大,严重威胁矿产开采的安全。加强矿区斜井施工防治水技术的研究对提高水害防治水平具有现实意义。1 新街台格庙矿区斜井工程概况新街台格庙矿区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市,矿区面积达 432km2,蕴含的煤炭资源高达 138 亿 t。矿区水文地质条件相当复杂,井筒在下穿过程中会先后经过地表风积沙层、白垩系、侏罗系安定组、侏罗系直罗组、侏罗系延安组等围岩,试
3、验区以裂隙含水层为主,富水性弱,间接充水含水层有突涌水风险。针对此种煤岩层的赋存条件,在斜井施工过程中,将 TBM 工法应用于 1号矿井主井、副井,采用 6下坡,两井中心间距 60m,副井由 1634m 的明挖段与 63946m 的 TBM 施工段构成,开挖断面直径 76m,衬砌后内径 6.6m,外径 73m1。2 水文条件21 裂隙含水层新街台格庙矿区的直接充水含水层以裂隙含水层为主,孔隙含水层次之。其中,松散层潜水含水层分为全新统风积砂层孔隙潜水含水层与全新统湖积物泥砂层孔隙潜水含水层,前者的富水性中等,地下水位埋深053m,水位每下降 1m 每秒涌水 025 1L,水质良好;后者的地下水
4、位埋深 154m,水位标高 1269113185m。22 主要隔水层白垩系下统志丹群围岩结构中,砂质泥岩、泥岩为相对隔水层,厚 35227m,可以在一定范围内控制地层含水层水力联系。而侏罗系中统安定组隔水层分布在白垩系志丹群含水层与煤系地层含水层之间,稳定性较好,但连续性较差,以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等泥质岩类为主2。3 防治水风险分析及超前地质预报探测31 防治水风险分析综合新街台格庙矿区地勘及水文地质资料,斜井施工有发生涌水的风险。比如,如果在掘进过程中没有及时预测预报涌水量或涌水量定位、定量不精准,则会影响防治水策略的应用。同时,管片的防水措施处理不到位、涌水量超过 TBM 设备排水能力
5、等都可能引发水患问题。32 超前钻探方式、方法不同地质在钻进速度及钻孔出水量上存在差异,为提高斜井施工掘进过程中对涌水量预测预报的精准度,可以使用超前钻探提前探测掘进的水文地质,探测洞内涌水量,分析其变化规律,以掌握掘进前方掌子面涌水量,这样才能在技术部门的配合下,与掘进班组配合做好涌水预防与处置工作。在具体应用中,可以将360 度全方位钻孔的超前钻探设备安装在掘进机上,对一般的地质地段采用不取芯钻探法,对复杂的地质地段采用取芯钻探法,钻孔深度应达到 3040m3。将超前钻探设备与掘进机钻杆结合,配置传感器,可以接受掘进机钻孔压力、速度、钻杆波动等相关数据,并传输至专业系统分析软件,进而提前获
6、取斜井施工区域的围岩、水文等技术指标,为防治水技术的应用提供依据。4 矿区斜井施工防治水技术应用41 井筒自防水设计411 管片自防水在斜井管片施工中,要加强对混凝土配置及质量61DOI:10.13487/ki.imce.023221控制的管理,严格把关混凝土 C40 等级及 P12 抗渗等级,并将限制裂缝控制在 025mm 以内。412 管片接缝防水管片接缝是易发生水患的重要部位,应加强接缝防水设计,采用防水能力超过80m 的防水材料,采用以框形弹性密封垫为主、嵌缝为辅的防水措施。对斜井普通段使用三元乙丙橡胶密封垫即可,对斜井变形缝则宜混合使用外贴遇水膨胀橡胶与三元乙丙橡胶,并将 3mm 的
7、丁腈软木橡胶贴在接缝外。此外,为了防止相邻管片止水条错位过大,应纵向插入管片封顶块,并辅以减摩润滑剂,以最大限度地保障材料的防水效果。TBM 斜井普通段管片密封垫防水见图 1。图 1管片密封垫防水构造图值得注意的是,在接缝防水施工时要加强测量,尽可能减少斜井轴线的偏差与纠偏力度,为管片铺设、吊装创造稳定的环境,保障橡胶垫各部位受力均匀。比如,在吊装前要先清除管片凹槽接触面灰尘,并将密封垫、密封条牢固粘黏在内,以防止吊装过程中出现剥离或脱落。要加强管片拼装施工管理,严格控制拼装后的初始椭圆度,并多次拧紧连接螺栓,防止衬砌环脱出盾尾而出现椭圆度增大的情况。同时,TBM 在纠偏过程中油缸使用不平衡,
8、环向间隙很难始终保持一致,因此务必加强衬砌环环面监测,保证环面平整。在错缝拼装时,通常需要在倾斜环面上推进千斤顶,操作不当可能引发管片顶裂破损,应加强对此环节的施工把控。此外,当衬砌环脱出盾尾后,应立即开展壁后回填注浆作业,加强对注浆过程压力与进浆量的控制,保障整体的受力均匀。对弱围岩段,一方面要封闭管片与开挖面空隙,另一方面要适当增加隧底注浆,提高隧底土体稳定性,以最大限度地规避管片出现沉降而影响防水性能4。413 管片嵌缝防水密封垫具有一定的使用寿命,一旦完成密封垫施工就无法再更新,但可以应用嵌缝防水技术构建接缝防水防线,剔除并重新嵌填嵌缝材料,提升二道防水防线的性能。本项目整条斜井都留设
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