技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于礦井立井建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及不良地層的立井井壁結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

立井是地下采礦聯(lián)系地下與地表的重要提升、通風(fēng)、運(yùn)輸、排水及人員安全通道，井筒與地表直接相連，直接承受井筒提升設(shè)施的全部荷載，為此，必須確保立井井筒結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力和抗變形能力。

隨著采礦業(yè)的迅速發(fā)展，地下采礦所占的比例越來越大，立井越來越深、穿過的地層越來越復(fù)雜，尤其是立井井筒基巖段處于不良含水層為強(qiáng)風(fēng)化層、中風(fēng)化層和富水層，其中，強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化層屬于弱含水層，裂隙發(fā)育程度存在差異，下部為強(qiáng)含水層。不良含水層原巖成分以凝灰質(zhì)為主，受強(qiáng)風(fēng)化作用多變化為高嶺土等黏土礦物，呈松散土狀或呈殘塊狀，見空氣或遇水則解體呈松散狀，裂隙透水，涌水量大，井筒無法下掘、支護(hù)。

現(xiàn)在，立井井筒基巖段處于不良含水層的常規(guī)方法為冷凍法或井筒工作面注漿法。冷凍法是從地表鉆一圈或兩圈凍結(jié)孔至穩(wěn)定巖層或井筒底部10m～20m，在凍結(jié)孔內(nèi)全孔設(shè)置凍結(jié)鋼管，在地表布置冷凍站，通過凍結(jié)鋼管將制冷液循環(huán)輸送至凍結(jié)孔底，從而達(dá)到凍結(jié)井筒周身圍巖，達(dá)到防滲水加固圍巖的目的。存在缺陷是，該方法冷凍系統(tǒng)裝備工期長(zhǎng)、造價(jià)高、耗電量大。井筒工作面注漿法，是井筒工作面快接近不良含水層時(shí)，停止掘進(jìn)，留10m左右止?jié){巖冒或澆筑混凝土止?jié){墊，在井筒工作面內(nèi)布置鉆孔，進(jìn)行工作面注漿。存在缺陷是，該方法采用的注漿泵功率小，注漿能力低，注漿材料消耗少，很難堵住裂隙通道里的水，井筒開挖后，涌水量仍然很大，裂隙涌水帶動(dòng)圍巖坍塌，造成災(zāi)害。實(shí)踐表明，該兩種方法均存在缺陷，無法滿足井筒掘砌和承載力的要求。因此，尋求更為合理的一種基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)及施工方法迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)及施工方法，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠、施工快速，能保證立井井筒的穩(wěn)定性。

基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)，包括在不良含水層中設(shè)置的井筒，其特點(diǎn)是，所述的井筒周圍設(shè)置定位靶向注漿鉆孔、孔口管、注漿段、外壁和內(nèi)壁；所述的定位靶向注漿鉆孔，以井筒中心為圓心沿井筒荒徑線圓周2m外成對(duì)均勻布置并垂直地面，全井至少設(shè)置8個(gè)定位靶向注漿鉆孔；所述的孔口管設(shè)置在定位靶向注漿鉆孔內(nèi)，水泥漿液由靶向注漿鉆孔注入，擴(kuò)充至鉆孔周圍5～10m基巖段裂隙發(fā)育的不良含水層中，凝固成注漿段，注漿段分層設(shè)置在基巖段所處的不良含水層內(nèi),堵住裂隙，加固圍巖；所述的外壁為不小于300mm厚的鋼筋混凝土，內(nèi)壁為不小于600mm厚的鋼筋混凝土。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的定位靶向注漿鉆孔，是利用鉆機(jī)從地面往下垂直鉆成，深度應(yīng)穿過不良含水層下端10m厚度，孔口管段鉆孔直徑不小于250mm、下部鉆孔直徑不小于133mm。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的孔口管采用異徑結(jié)構(gòu)形式，其中垂深0～10m段，管材規(guī)格為φ219×6mm；垂深10～30m段，管材規(guī)格為φ159×5mm。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的注漿段的注漿材料根據(jù)地層的圍巖破碎程度、裂隙發(fā)育情況及用水量選擇黏土水泥漿液/超細(xì)水泥漿；注漿壓力為所在高度位置靜水壓力的2.5～4倍；段高30m～50m，根據(jù)揭露地層情況而定。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的黏土水泥漿液水灰的重量比取值范圍為1.2～1.5，超細(xì)水泥漿水灰重量比取值范圍為0.8～1.0；所述的超細(xì)水泥漿由水泥加水、食鹽、三乙醇胺配制而成，三乙醇胺加入量為水泥重量的0.5‰，食鹽加入量為水泥重量的5‰；所述的水泥為普通硅酸鹽p·o42.5；水玻璃為28～40be；黏土的含砂量小于5％。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的注漿材料通過8個(gè)定位靶向注漿鉆孔在基巖段不良含水層向荒徑外擴(kuò)散5～10m，堵住裂隙水，加固圍巖。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的外壁混凝土為標(biāo)號(hào)不小于c30，混凝土內(nèi)布置雙層鋼筋，受力筋直徑不小于20mm，沿井筒周邊布置，間距300mm；分部筋直徑不小于20mm，沿井筒中心線方向布置，間距300mm。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的內(nèi)壁混凝土為標(biāo)號(hào)不小于c30，混凝土內(nèi)布置單層鋼筋，受力筋直徑不小于20mm，沿井筒周邊布置，間距300mm；分部筋直徑不小于20mm，沿井筒中心線方向布置，間距300mm。

基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)施工裝置，其特點(diǎn)是包括原漿池、貯漿池、清水池、水玻璃池和成對(duì)設(shè)置的水泥罐、泥漿泵、一級(jí)攪拌罐、二級(jí)攪拌罐、高壓注漿泵，就近設(shè)在井筒附近；原漿池和貯漿池管道直接；一級(jí)攪拌罐進(jìn)料口由管道與水泥罐連接，由管道、泥漿泵連接貯漿池，由管道與清水池連接，配入適量的水泥、泥漿和清水；二級(jí)攪拌罐進(jìn)料口與一級(jí)攪拌罐出料口管道連接，由管道與水玻璃池連接，一級(jí)攪拌罐的水泥漿再加入水玻璃，在二級(jí)攪拌罐中繼續(xù)攪拌，二級(jí)攪拌罐出料口與高壓注漿泵、定位靶向注鉆孔管道相連接，高壓注漿泵將水泥漿高壓注入鉆孔內(nèi)。

基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)施工方法，按如下步驟進(jìn)行：

1、標(biāo)定定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)施工線按照設(shè)計(jì)坐標(biāo)在地表標(biāo)定出井筒中心點(diǎn)，根據(jù)井筒中心點(diǎn)和設(shè)計(jì)的井筒凈直徑和支護(hù)厚度標(biāo)定出井筒凈徑線和荒徑線；沿井筒荒徑線外2m圓周至少對(duì)稱均勻布置8個(gè)垂直地面的定位靶向注鉆孔，鉆孔直徑不小于250mm，深度應(yīng)穿過不良含水層厚度下端10m，連續(xù)編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#，將8個(gè)孔分成兩組，第一組為1#、3#、5#、7#，第二組為2#、4#、6#、8#；先施工第一組鉆孔，根據(jù)場(chǎng)地大小，同時(shí)施工2/4個(gè)鉆孔；

2、設(shè)置注漿站在地面適當(dāng)就近位置就近設(shè)置注漿站，共設(shè)兩套注漿系統(tǒng)，包括兩個(gè)水泥罐、一個(gè)原漿池、一個(gè)貯漿池、一個(gè)清水池、一個(gè)水玻璃池、兩個(gè)泥漿泵、兩個(gè)一級(jí)攪拌罐、兩個(gè)二級(jí)級(jí)攪拌罐、兩個(gè)注漿泵；

3、安裝鉆機(jī)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行場(chǎng)平，在標(biāo)定的孔位上方安裝工字鋼底盤，在底盤上安裝鉆機(jī)及鉆塔；

4、鉆孔及設(shè)孔口管采用φ250mm鉆頭向下鉆進(jìn)40.5m，在鉆孔內(nèi)下放設(shè)置長(zhǎng)10m、直徑φ219×6mm和長(zhǎng)30m、直徑φ159×5mm的異徑結(jié)構(gòu)孔口管，向孔口管內(nèi)注入水灰重量比為0.6:1的水泥漿，直至孔口返漿為止；經(jīng)24小時(shí)養(yǎng)護(hù)，掃口至原來深度進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查固結(jié)質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，應(yīng)再次進(jìn)行注漿固結(jié)；

5、設(shè)置止?jié){塞采用φ133mm復(fù)合片鉆頭無芯向下鉆進(jìn)至第一注漿段，在孔口管段設(shè)置kws型止?jié){塞；

6、壓水試驗(yàn)通過鉆桿向鉆孔內(nèi)注水，進(jìn)行壓水試驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，方可進(jìn)行高壓注漿；

7、高壓注漿按設(shè)計(jì)比例制備水泥黏土漿液，通過鉆桿向鉆孔內(nèi)高壓注漿，達(dá)到注漿設(shè)定壓力，穩(wěn)定時(shí)間20min，達(dá)到或接近設(shè)計(jì)注漿量后，該段注漿結(jié)束；

8、掃口，重復(fù)5、6、7步驟進(jìn)入下一注漿段施工，kws型止?jié){塞設(shè)置在注漿段上部穩(wěn)定巖層中；

9、開挖井筒在井筒設(shè)計(jì)的荒徑線范圍內(nèi)自上而下逐次分段開挖井筒，每次開挖深度不大于4m；

10、澆筑井筒外壁鋼筋混凝土自上而下澆筑井筒外壁鋼筋外壁，直至注漿段底部；混凝土為標(biāo)號(hào)不小于c30，混凝土內(nèi)布置雙層鋼筋，受力筋直徑不小于20mm，沿井筒周邊布置，間距300mm；分部筋直徑不小于20mm，沿井筒中心線方向布置，間距300mm。

11、澆筑井筒內(nèi)壁鋼筋混凝土從注漿段底部自下而上連續(xù)澆筑井筒內(nèi)壁鋼筋混凝土，直至井口地表；混凝土為標(biāo)號(hào)不小于c30，混凝土內(nèi)布置雙層鋼筋，受力筋直徑不小于20mm，沿井筒周邊布置，間距300mm；分部筋直徑不小于20mm，沿井筒中心線方向布置，間距300mm；

12、拆除施工裝置，施工結(jié)束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，注漿段護(hù)衛(wèi)基巖段井筒，承載力高，堵水效果好，施工快速，方便，能夠?qū)崿F(xiàn)井筒快速掘砌，節(jié)省費(fèi)用。

附圖說明

下面對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)平面示意圖。

圖2是圖1之b－b剖面井壁結(jié)構(gòu)示意圖

圖3是孔口管剖面示意圖。

圖4是圖1之施工裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、井筒中心2、凈徑線3、荒徑線4、鉆孔5內(nèi)壁6、外壁7、孔口管8、水泥漿9、注漿段10鉆機(jī)11、止?jié){塞12、鉆桿13、原漿池14、貯漿池15、泥漿泵16、清水池17、水泥罐18、一級(jí)攪拌罐19、水玻璃池20、二級(jí)攪拌罐21、高壓注漿泵22、含水地層

具體實(shí)施方式

由圖1、圖2、圖3可以看出，基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)，包括在不良含水層中設(shè)置的井筒，井筒1周圍設(shè)置定位靶向注漿鉆孔4、孔口管7、注漿段9、外壁6和內(nèi)壁5；定位靶向注漿鉆孔，以井筒中心1.1(圖中未標(biāo)注)為圓心沿井筒荒徑線3圓周2m外成對(duì)均勻布置并垂直地面，全井至少設(shè)置8個(gè)定位靶向注漿鉆孔；所述的孔口管設(shè)置在定位靶向注漿鉆孔內(nèi)，水泥漿液由靶向注漿鉆孔注入，擴(kuò)充至鉆孔周圍8m基巖段裂隙發(fā)育的不良含水層中，凝固成注漿段，注漿段分層設(shè)置在基巖段所處的不良含水層22內(nèi)，堵住裂隙，加固圍巖；所述的外壁為350mm厚的鋼筋混凝土，內(nèi)壁為700mm厚的鋼筋混凝土。

由圖1、圖2、圖3可以看出，所述的定位靶向注漿鉆孔，是利用鉆機(jī)10從地面往下垂直鉆成，深度應(yīng)穿過不良含水層下端10m厚度，孔口管段鉆孔直徑350mm、下部鉆孔直徑145mm。

由圖1、圖2、圖3可以看出，所述的孔口管采用異徑結(jié)構(gòu)形式，其中垂深0～10m段，管材規(guī)格為φ219×6mm；垂深10～30m段，管材規(guī)格為φ159×5mm。

由圖1、圖2、圖3可以看出，所述的注漿段的注漿材料根據(jù)地層的圍巖破碎程度、裂隙發(fā)育情況及用水量選擇黏土水泥漿液/超細(xì)水泥漿；注漿壓力為所在高度位置靜水壓力的3倍；段高45m，根據(jù)揭露地層情況而定。

由圖1、圖2、圖3可以看出，所述的黏土水泥漿液水灰重量比取值范圍為1.3，超細(xì)水泥漿水灰重量比取值范圍為0.9；所述的超細(xì)水泥漿由水泥加水、食鹽、三乙醇胺配制而成，三乙醇胺加入量為水泥重量的0.5‰，食鹽加入量為水泥重量的5‰；所述的水泥為普通硅酸鹽p·o42.5；水玻璃為28～40be；黏土的含砂量小于5％。

由圖1、圖2、圖3可以看出，所述的注漿材料通過8個(gè)定位靶向注漿鉆孔在基巖段不良含水層向荒徑外擴(kuò)散8m，堵住裂隙水，加固圍巖。

由圖1、圖2、圖3可以看出，所述的外壁混凝土標(biāo)號(hào)c30，混凝土內(nèi)布置雙層鋼筋，受力筋直徑25mm，沿井筒周邊布置，間距300mm；分部筋直徑22mm，沿井筒中心線方向布置，間距300mm。

由圖1、圖2、圖3可以看出，所述的內(nèi)壁混凝土標(biāo)號(hào)不小于c30，混凝土內(nèi)布置單層鋼筋，受力筋直徑25mm，沿井筒周邊布置，間距300mm；分部筋直徑22mm，沿井筒中心線方向布置，間距300mm。

由圖1、圖2、圖3可以看出，基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)施工裝置，其特點(diǎn)是包括原漿池13、貯漿池14、清水池16、水玻璃池19和成對(duì)設(shè)置的水泥罐17、泥漿泵15、一級(jí)攪拌罐18、二級(jí)攪拌罐20、高壓注漿泵21，就近設(shè)在井筒附近；原漿池和貯漿池管道直接；一級(jí)攪拌罐進(jìn)料口由管道與水泥罐連接，由泥漿泵連接貯漿池，由管道與清水池連接，配入適量的水泥、泥漿和清水；二級(jí)攪拌罐進(jìn)料口與一級(jí)攪拌罐出料口管道連接，由管道與水玻璃池連接，一級(jí)攪拌罐的水泥漿再加入水玻璃，在二級(jí)攪拌罐中繼續(xù)攪拌，二級(jí)攪拌罐出料口與高壓注漿泵、定位靶向注鉆孔管道相連接，高壓注漿泵將水泥漿高壓注入鉆孔內(nèi)。

基巖段不良含水層定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)施工方法，按如下步驟進(jìn)行：

1、標(biāo)定定位靶向注漿立井井壁結(jié)構(gòu)施工線按照設(shè)計(jì)坐標(biāo)在地表標(biāo)定出井筒中心點(diǎn)，根據(jù)井筒中心線1.1和設(shè)計(jì)的井筒凈直徑和支護(hù)厚度標(biāo)定出井筒凈徑線和荒徑線；沿井筒荒徑線外2m圓周至少對(duì)稱均勻布置8個(gè)垂直地面的定位靶向注鉆孔，鉆孔直徑不小于250mm，深度應(yīng)穿過不良含水層厚度下端10m，連續(xù)編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#，將8個(gè)孔分成兩組，第一組為1#、3#、5#、7#，第二組為2#、4#、6#、8#；先施工第一組鉆孔，根據(jù)場(chǎng)地大小，同時(shí)施工2/4個(gè)鉆孔；

2、設(shè)置注漿站在地面適當(dāng)就近位置就近設(shè)置注漿站，共設(shè)兩套注漿系統(tǒng)，包括兩個(gè)水泥罐、一個(gè)原漿池、一個(gè)貯漿池、一個(gè)清水池、一個(gè)水玻璃池、兩個(gè)泥漿泵、兩個(gè)一級(jí)攪拌罐、兩個(gè)二級(jí)級(jí)攪拌罐、兩個(gè)注漿泵；

3、安裝鉆機(jī)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行場(chǎng)平，在標(biāo)定的孔位上方安裝工字鋼底盤，在底盤上安裝鉆機(jī)及鉆塔；

4、鉆孔及設(shè)孔口管采用φ250mm鉆頭向下鉆進(jìn)40.5m，在鉆孔內(nèi)下設(shè)置長(zhǎng)10m，直徑φ219×6mm和長(zhǎng)30m直徑φ159×5mm的異徑結(jié)構(gòu)孔口管，向孔口管內(nèi)注入水灰重量比為0.6:1的水泥漿，直至孔口返漿為止；經(jīng)24小時(shí)養(yǎng)護(hù)，掃口至原來深度進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查固結(jié)質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，應(yīng)再次進(jìn)行注漿固結(jié)；

5、設(shè)置止?jié){塞采用φ133mm復(fù)合片鉆頭無芯向下鉆進(jìn)至第一注漿段，在孔口管段設(shè)置kws型止?jié){塞；

6、壓水試驗(yàn)通過鉆桿向鉆孔內(nèi)注水，進(jìn)行壓水試驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，方可進(jìn)行高壓注漿；

7、高壓注漿按設(shè)計(jì)比例制備水泥黏土漿液，通過鉆桿向鉆孔內(nèi)高壓注漿，達(dá)到注漿設(shè)定壓力，穩(wěn)定時(shí)間20min，達(dá)到或接近設(shè)計(jì)注漿量后，該段注漿結(jié)束；

8、掃口，重復(fù)4、5、6、7步驟進(jìn)入下一注漿段施工，kws型止?jié){塞設(shè)置在注漿段上部穩(wěn)定巖層中；

9、開挖井筒在井筒設(shè)計(jì)的荒徑線范圍內(nèi)自上而下逐次分段開挖井筒，每次開挖深度3.5m；

10、澆筑井筒外壁鋼筋混凝土自上而下澆筑井筒外壁鋼筋外壁，直至注漿段底部；混凝土為標(biāo)號(hào)c30，混凝土內(nèi)布置雙層鋼筋，受力筋直徑25mm，沿井筒周邊布置，間距300mm；分部筋直徑22mm，沿井筒中心線方向布置，間距300mm。

11、澆筑井筒內(nèi)壁鋼筋混凝土從注漿段底部自下而上連續(xù)澆筑井筒內(nèi)壁鋼筋混凝土，直至井口地表；混凝土為標(biāo)號(hào)c30，混凝土內(nèi)布置雙層鋼筋，受力筋直徑25mm，沿井筒周邊布置，間距300mm；分部筋直徑22mm，沿井筒中心線方向布置，間距300mm。

12、拆除施工裝置，施工結(jié)束。