摘要：新疆俄霍布拉克煤矿新建反斜井井筒表土段施工，过强含水层有为前期施工的准备工作，也有为后期施工的补救措施，但在特殊地域、特殊的施工环境下采用不同的施工工艺，后期取得的成效存在着很大的差异。通过对注浆方案利、弊关系的分析，来寻求新型的注浆材料，探寻最佳施工方案。
关键词：含水层；涌水量；帷幕注浆；壁后注浆；安全成本
中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）25-0075-02
1 工程概况
俄霍布拉克煤矿新建反斜井井筒为矿井400Mt/a改扩建新增矿井，该井筒位于煤矿南工业广场，与铁路专用线配套布置。井筒施工坡度为16°，下山掘进（地面往地下施工），井筒为直墙半圆拱断面，净宽4.9m，净高4.05m，表土段施工长度235m，井筒表土段断面图见图1；井筒在施工过程中揭露含水层的垂深位置为26.7m（井筒斜长96.87m），进入强含水层的垂深位置为38m（井筒斜长137.86m），强含水层段将至垂深51m（井筒斜长185m）位置。在垂深38m位置经现场揭露、实测的井筒涌水量为113m3/h，在垂深45.5m（井筒斜长165m）实测的井筒涌水量为167m3/h。井筒含水层段主要位于第四系冲积层底部，比较松软，主要为砂砾层，夹杂有泥沙层，其胶结性差，空隙大，连通性强，水温低，施工难度非常大。
2 注浆方案
2.1 帷幕注浆方案
帷幕注浆技术是用液压或气压将能凝固的浆液按设计的浓度通过特设的注浆钻孔，压送到规定的岩土层中，填补岩（土）体中的裂缝或孔隙，旨在改善注浆对象的物理力学性质，形成一道类似帷幕的混凝土防渗墙以满足各类工程的需要。
在新建反斜井井筒平剖面图掘进方向，对需要帷幕注浆的层段（井筒所处层位），根据含水层层位并结合地面高程坐标然后分别确定每个钻孔的深度。在帷幕注浆前对注浆区段相应的地面位置进行铺设混凝土垫层，混凝土的层厚、宽度及长度根据井筒断面尺寸及注浆钻孔的布置范围来确定。混凝土垫层的作用主要是防止钻探的过程中出现踏孔，同时为钻机提供一个钻探平台，挪移、固定钻机快捷安全，提高工作效率。俄矿新建反斜井井筒帷幕注浆平剖面示意图见图2：
2.2 壁后注浆方案
壁后注浆指掘砌施做工完毕后对砌筑体与围岩及初支护体之间的空隙进行补充注浆，填充之间的空隙，起到封闭止水的效果。
新建反斜井井筒壁后注浆方式采用下行注浆方式，便于出水点的观测和注浆施工的方便。注浆布孔首先原则上在出水井壁接茬位置上下500mm布置一排注浆孔，孔间距2m，造孔深度为超过井壁厚度500～600mm，目的是充填混凝土井壁与围岩之间的导水通道；其次对井壁集中出水点（包括在打模时安装的导水管位置），应顶水打眼注浆或在其周边造孔注浆；最后底板与墙部整体注浆，斜井施工水多集中从底板向下流淌，所以在壁后注浆施工中，墙基部分与底板注浆是关键，因此在墙部底板向上300mm位置，按45°角向下造孔，间距2m，同时在巷道底板中部及向两帮1.4m位置各布置一趟注浆孔，孔间距2m，但是墙部与底板注浆孔的布置方式为三花布置方式，不可布置在同一条横截线上。注浆孔的数量可根据现场实际注浆效果及时进行调整。通过壁后注浆大大降低了表土段的涌水量，最终表土含水层中的涌水量由原来的167m3/h减少到了11m3/h。
3 地面帷幕注浆施工分析
3.1 有利方面
地面帷幕注浆工程主要的优点是其含水层垂深位置不深，在地面施工各个工序环节便于操作，相应的施工成本有所降低，重要的一点是施工安全系数较高，在地面操作施工安全且便于控制。如能有效控制水量，实现堵水的效果，对整个基本建设工程乃至后期经营生产将有着事半功倍的效果。
3.2 不利方面
帷幕注浆施工钻孔比较困难，尤其在砾石层中打钻，钻头磨损严重，钻进量极低，且容易出现踏孔、埋钻现象，对预计比较理想钻孔的位置进行钻孔时一旦出现上述现象，对后期的注浆效果有着严重的影响；天山脚下，常年积雪融化渗透到表土以下，在地下汇聚形成地下河流，并且其有流速和充足的补给水源，水温很低（正常温度在2℃～7℃），所以在地面进行帷幕注浆止水施工，其止水效果不佳，从现场揭露的情况来看，大部分水泥浆液随着水流已经流失，含水层中虽有水泥浆液堆积充填，但水泥在水温低的情况下凝固时间长、固结性差、强度低，井筒仍有较大的残余涌水量。目前井筒表土涌水量在167m3/h，且井筒顶板情况不够稳定，在垂深45m位置掉顶量不断加大，而且水温又低，工人在这样恶劣的条件下施工，难度非常大，不安全因素颇多。同时在施工的过程中相应的排水工作量不断加强，相应的排水材料、设备等不断增加。地面帷幕注浆堵水没有取得最佳效果，投入没有明显成效，同时井下施工将发生一系列的排水费用，基本建设成本严重超支。
4 强行通过强含水层段之后进行壁后注浆堵水施工分析
4.1 有利方面
井筒掘进施工至稳定基岩部分将停止向前掘进施工，开始封堵含水层段巷道底板，进行该段的壁后注浆工作。由于此段水量很大，封底壁后注浆能够直接将井壁四周渗透的水与井壁隔离开来，最大限度地将水直接封堵在井壁的外围，降低井筒的涌水量。壁后注浆工作取得较好的堵水效果不仅为后期能够高效快速、保质保量掘进施工创造良好的、安全的生产环境，同时也给现场施工工人提供了一个良好的施工场所，免受冷水刺骨之痛。
壁后注浆堵水降低井筒涌水量，从井筒长期开采、经营、发展的角度考虑，仅在排水耗材方面将节约大量的投资成本，其辅助系统也将降低大量的投入，为矿井高效发展，提高其经济效益，创建节约型高产矿井打下了有利的基础。
4.2 不利方面
在没有通过含水层进行壁后注浆堵水施工之前，井筒向前掘进施工首要考虑排水材料、设备的准备，现井筒施工至斜长165m位置，井筒内布置Φ159mm排水管路1趟，Φ108mm排水管路3趟，Φ57mm供水管路1趟（现做排水管路用）；井下安装潜水泵有功率37kWh，扬程100m，流量60m3/h正常使用的有7台，地面有8台作为备用，排水材料、设备多，排水耗电量大，基本建设施工成本增加，但其投入只在暂时，并非长久。
在强行通过含水层施工时，顶板控制相当重要，隔水、截水、导水工作是保证浇筑混凝土质量的前提。但是在砂、砾石层中施工，其胶结性差，顶板情况很不稳定，为保证施工安全必须采取临时或超前支护措施，控制顶板。所以临时或超前支护的费用也相应增加了基本建设施工的成本。
5 结语
结合上述两种注浆方案利、弊关系的简单分析，在新疆天山地区，在第四系冲积含水层进行注浆堵水施工，其投入大、施工难度高、安全系数低，成效不明显，所以在此含水层段施工，不可强求高速度而忽视生产的安全。但要在水量大且冰冷的环境下、顶板不稳定且掉顶量大的恶劣条件下，就必须根据现场实际情况采取恰当的施工工艺及切实可行的施工措施，科学严谨地认真组织，安全顺利地来通过表土含水层段，最后再进行壁后注浆止水，因为壁后注浆在此地区注浆止水方面、降低井筒涌水量最为合适，最能体现节约成本且将最能体现长远成效。同时根据新疆天山南北地层中含水层层位、水量及水温，在成本可控的情况下考虑新型的注浆材料；在前期帷幕注浆后掘砌施工和后期壁后注浆（单层井壁壁后和双层井壁间及壁后）相结合中或在前期冻结快速掘砌施工和后期壁后注浆（单层井壁壁后和双层井壁间及壁后）相结合中及在前期探索和后期补救中找到最适合新疆天山南北浅表土强含水层中的施工最佳方案。
作者简介：龚向良（1984—），男，江苏徐州人，江苏省矿业工程集团有限公司建井工程处助理工程师，研究方向：矿井建设。