回风井井内外联合降水方案.docx

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集团公司

赵庄矿回风立井井筒施工

井内外联合降水施工组织设计

集团公司赵庄矿

二00九年四月

前言

集团公司承担赵庄矿回风立井筒施工任务。

赵庄矿回风立井设计深度为262.00m。

穿过表土、风化土层和风化基岩段厚193.00m，其中穿过表土段厚156.70m，穿过基岩段厚69.00m。

按照目前国内施工竖井通过深厚表土层（156.70m）的常规作法，要求冻结法施工。

由于冻结法施工工期长，造价高，冻结施工队伍紧张等特点，本井筒施工拟采用降水法施工的新方法：

井内外联合降水通过深厚冲积层。

这种方法和冻结法比较，工期短、造价低、混凝土井壁质量好。

基岩段裂隙涌水，需要采取探水措施，当确定井筒涌水量大于20m3/h时，需要采取工作面预注浆方法，通过基岩段。

第一章概况

一、地理位置和交通

河南省新郑煤电有限责任公司赵家寨矿回风立井位于新郑市辛店镇赵家寨村。

风井施工场地地面平坦，交通便利。

二、井筒技术特征

回风立井设计净径Φ5.50m,荒径Φ6.50m,冲积层设计为单层钢筋混凝土井壁厚500㎜,C30-C35混凝土。

为了配合该降水方案的实施,保证施工安全和工程质量,建议采用双层井壁,外壁以1.5m段高的吊挂钢筋混凝土（C35），厚度300㎜，外壁竖筋作用为吊挂新筑混凝土井壁,可采用挂钩联结方式。

内壁混凝土厚可适当减为350㎜,为了增加封水性和减少接茬,按二次降水要求，冲积表土层分两段采用滑模施工。

第二章工程地质及水文地质情况

一、地质情况

根据风井招标文件提供的风井检查孔柱状图资料所示，井筒穿过表土段为156.70m。

其中井深0.00～46.05m为第四系表土，表土、风化土层和风化基岩段厚193.00m，这部分主要由砂质粘土、粘土、砾石、砂、黄土、细粒砂岩、泥岩、砂质泥岩组成。

表土层中各种成份的比例见表Ⅰ。

表Ⅰ地层厚度占表土层厚度比例表

序号

名称

层数

总厚度（m）

占表层厚度比例（%）

备注

1

黄土

1

19.65

12.5

2

粘土

8

53.25

34.0

3

砾石

1

7.70

4.9

主含水层

4

砂质粘土

5

62.05

39.6

5

中粗砂

5

14.05

9.0

含水层

合计

20

156.70

100

冲积层以下基岩深度69.00m，以泥岩、石灰岩为主。

二、水文情况：

该回风井原设计为倾角220的斜井。

后因施工困难等原因改为竖井。

斜风井先后施工了三个井检孔，三个井检孔部分孔段做过4次抽水试验，试验情况详见表Ⅱ。

表Ⅱ斜井三个井检孔抽水资料一览表

孔

号

含水层

抽水前

静水位

深度（m）

抽水结果

备注

埋深（m）

水位降低

涌水量

单位涌水量

厚度（m）

S（m）

Q（l/s）

q（l/s·m）

1#

43.50～105.51

31.60

1.50

0.14

0.0260

部分四系和部分三系混合抽水

62.01

15.35

1.01

0.0183

37.85

1.96

0.0144

2#①

0～75.34

22.42

4.38

4.29

0.2700

部分四系和部分三系混合抽水

21（花管）

15.38

9.19

0.1700

25.74

10.69

0.1200

2#②

75.34～200.54

21.80

38.15

9.19

0.0670

部分三系和二叠系混合抽水

80.57（花管）

27.70

4.26

0.0491

17.60

2.20

0.0350

3#

240.49～275.12

33.20

165.90

0.26

0.0075

太原组上部灰岩抽水

34.63

注:

以上数据是根据集团公司地质勘探工程公司提供的“河南赵庄煤矿斜风井井检孔综合地质说明书”（以下简称说明书）有关资料整理而成。

三、资料分析

集团公司地质勘探工程公司，对斜风井施工了三个井检孔，三个井检孔对部分孔段进行了四次抽水试验。

但对第四系、第三系及二叠系地层没有分层抽水，前三次抽水全部是混合抽水，其中还有两次抽水位置不清。

在“说明书”中也表明“对钻孔揭露第四系及二叠系地层没有单独的抽水试验，这两层富水性资料不够详细，水文地质条件不够清楚，”在这个不清楚的前提下，“说明书”预计第四系大井涌水为39.52m3/h；预计第三系大井涌水量为14.4m3/h；预计二叠系几层砂岩位大井涌水量为112.30m3/h（按斜井14m2断面计算），均缺乏抽水资料为计算依据，也可以说以上数据缺乏科学性和严肃性。

第三章降水法施工设计

普通凿井方法穿过157m厚表土层的关键是将进筒附近的潜水局部疏干，给井筒挖掘创造一个良好的施工环境，但如果将地下水位降低170m，长期对地下水进行疏干（时间不少于两个月），其影响半径按1000m计，将对井筒附近2公理范围内四个村庄近7000口农民的生活用水、农田灌溉等造成极大威胁。

为此要求这次降水既能保证井筒正常施工，又要尽可能地减少对附近农民用水威胁，故在原设计一次降水基础上，井筒降水方案修改为二次降水，增加四个排水浅孔，即把第四系、第三系的潜水分层疏干。

一、降水孔的设计

中心孔躲开井筒中心位置，在以井筒中心为圆心，10米为半径的圆周上均匀布置8个抽水孔（如图1）。

其中四个浅孔专门疏干第四系砾石层水和第三系上部两层含水层。

井深68.8m为砂质粘土，可做为隔水层。

井筒穿过这层隔水层后，改为深孔降水，将第三系中下部几层含水砂层局部疏干，确保井筒正常施工，各抽水孔的要求如下表Ⅲ。

注：

抽水钻孔平面布置图比例1：

200

浅4#

深4#深3#

浅1#ф6.5m浅3#

ф10m

深1#深2#

浅2#

图1井外降水孔布置图

二、水泵的选择

由于原井检孔抽水试验资料和附近水井的涌水量相差太大，降水孔的实际涌水量等参数要等这次降水孔抽水试验完成后才能确定，为此，这次选泵的原则：

1、考虑附近水井的涌水量；

2、有足够的排水能力能把水降下去；

3、最大降水深度为170米，所以泵的扬程不小于180米。

表Ⅲ降水钻孔技术参数和施工要求表

孔号

孔深

孔径（m）

孔斜（%）

施工要求

浅1

84

0.58

＜1.5

上部36m、下部12m下Φ305mm高强砼套管，其余为筛管。

浅2

80

0.58

＜1.5

上部36m、下部8m下Φ305高强砼套管，其余为筛管

浅3

80

0.58

＜1.5

同上

浅4

80

0.58

＜1.5

同上

深1

170

0.58

＜1.5

上部96m、下部8m下Φ305mm高强砼套管并用粘土球封实，中部64m下筛管。

深2

170

0.58

＜1.5

同上

深3

170

0.58

＜1.5

同上

深4

170

0.58

＜1.5

同上

中心孔

170

0.58

＜1.5

上部36m下Φ273mm钢套管，其余下钢筛管并填滤料。

按照上述要求，本次选用250QJ80-180/9井用潜水电泵五台，中心孔布置一台，其余四台布置在周边四个降水孔中，浅水孔抽水任务完成后，将这四台泵分别移到四个深孔中抽水。

该泵的额定流量为80m3/h，使用范围74～86m3；

额定扬程为180m，使用范围169～191m；

水泵效率75%；

出水管直径114mm；

机组最大外径233mm；

基本能满足这次降水的需要。

此种水泵的使用条件：

1、最低的水位应高于水泵进水口0.5米以上；

2、水中的含砂量（重量比）不大于0.01%；

3、水泵下井深度不得超过静水位70m。

水泵离井底不得小于7m，此次降水水泵下井深度140m，需厂家对水泵进行专门处理。

第四章抽水试验

降水孔完成后，做两次抽水试验。

浅孔抽水试验

目的：

将水位降到距孔口70m位置，水位稳定后，测量最大涌水量，以便合理选择排水设备，确定降水方法。

方法：

1、抽水试验开始前应测得正确的静止水位，其标准为每两个小时测一次，三次量测数字相同或4小时内水位相差不超过1～2厘米。

2、抽水试验一般进行三次水位下降，其中一次必须达到距孔口70m位置。

3、抽出的水必须排到不影响抽水试验准确性的地方。

4、抽水试验：

应每隔30分钟，同时测量一次水位和水量。

抽水孔附近有钻孔和水井，应选择有意义的点测量其水位，以了解影响半径和干扰情况。

5、抽水孔水位测量应精确到厘米。

测水位的刻度应每班检查一次，涌水量用水表量测，但要按时换算为m3/h。

6、抽水孔的水位在一定范围内波动，用水泵抽水时一般波动为3-5cm，出水量变化在3℅以内，没有上升或下降趋势，可认为稳定。

多孔抽水时，水位的稳定依观测孔为准，允许波动范围1-2厘米。

7、抽水试验的稳定时间，水位大下降时单孔抽水为8-16小时，多孔抽水为12-24小时。

8、抽水试验结束后，应测恢复水位，每2小时观测一次。

当三次新测数值相同或4小时内上升不超过1-2厘米时，可停止测量。

二、深孔抽水试验

目的：

在深孔中抽水最终将水位降到距井口160米位置，水位稳定后，测其最大涌水量，确定降水方法。

方法：

见浅孔抽水试验方法。

降水施工

一、降水方法

依据上述抽水试验获得资料确定降水方法

1、井筒66米以上段掘砌施工时，用浅井降水，深孔作为观测孔。

浅孔为抽水孔，四个浅孔安装4台电力潜水泵，考虑水泵长时间连续运行，为不影响降水效果，4台泵中2台运行，2台备用，运行泵出现故障时，备用泵马上启动，确保降水设备正常运行，水位不得上升。

由于排水能力较强（是涌水量的1～3倍），在井筒开挖后通过钻孔降水，使钻孔的稳定水位比井筒工作面标准始终低10～15米，以此达到井筒工作面无水的良好施工环境。

2、井筒掘砌至68米后,改用深孔降水,深孔作为降水孔,浅孔作为观测孔。

将浅孔上四台泵移到深孔中。

其降水方法和浅孔相同。

3、无论浅孔或深孔降水都要按照抽水试验规定的方法对水位、涌水量长期不间断的进行观测，直到井筒进入基岩段掘砌施工，降水工作才全部结束。

二、工期与劳动组织

从抽水试验开始至井筒进入基岩降水工作结束，是千变万化的复杂过程。

其降水工期取决于井筒的施工速度。

要想井筒挖掘顺利，首先必须做好降水工作，井筒施工的连续性要求降水工作时刻不停，稳定水位始终超前工作面10～15米。

成立专门的队伍负责降水工作，降水队在总工程师领导下由专职工程技术人员负责，三班作业，每班配备水泵工2人，观测人员2人，维护工2人，轮休3人，合计21人。

参加降水工作人员，上岗前必须经过专业培训，认真学习有关专业知识和降水施工设计，考试合格后方能上岗。

安全技术措施

1、设备搬迁时必须由专人负责，统一指挥，统一行动，以防忙乱中伤人。

2、机械传动（皮带或链条）的地方必须安装防护罩。

3、提升钻具时禁止使用手扶或脚拨动钢丝绳。

4、孔口人员离开钻具移动范围，钻具提出孔口后，禁止把手伸进钻头内去试探管心或低头用眼睛看管心，不准用手掌手托钻头底端。

5、提泵或下泵时，要注意使用工具如搬手、手锤等，用后远离孔口，严防工具落入孔内。

6、现场使用的各种电器设备应有安全保护装置。

7、线路及各种电器设备应经常检修，如果有漏电及损坏现象应及时修理。

8、施工期间严格交接班制度，遵守劳动纪律，班前不准喝酒，操作时精力集中，不准谈笑、打闹、打瞌睡，不准擅自离开工作岗位。

9、施工现场应配备灭火器材及工具，如泡沫灭火器、砂箱等，并应定期检查，失效的应及时更换。