郭德廣
(中煤第三建設集團凍結工程處,安徽淮北 235044)
普通井筒設計中,水文孔的位置一般應布置在距井心1 m左右的地方,以不影響掘進為宜,水文孔不得偏出井筒,其深度不應超過凍結深度但應穿過所有含水層,并在主要的含水層裝設濾水裝置。
處理井水文孔如果按照這樣的設計理念,顯然很難實現。處理井一般都掘砌了幾百米,鉆機無法在地面施工;井筒內存在大量積水,鉆機也無法下至井底施工。故處理井水文孔就要用一種創(chuàng)新的思維去設計:將水文孔開孔位置布置在井筒以外,在滿足施工的前提下,位置盡量靠近井壁,這樣可以有效防止水文孔在觀測過程中被凍結。鉆孔穿過已掘砌井筒深度后(在井筒已掘砌范圍內要嚴格控制鉆孔內偏,以防破壞已有井壁),采用定向人為造斜技術,使下部鉆孔偏進井筒內,下部偏斜不得過大,以免影響水文孔下放。
核桃峪礦位于甘肅省正寧縣南部,隸屬于華能甘肅能源開發(fā)有限公司,該礦井設計年產量1 200萬t。礦井采用斜井與立井同時開拓,在工業(yè)廠區(qū)內布置副、風兩個井筒。其中回風立井井筒深度為975 m,凍結深度為916 m,井筒凈徑為7.0 m,表土厚度為216.5 m,不穩(wěn)定融水軟巖層超過700 m,在確定采用凍結法施工前,已經采用普通法施工了460 m,但井筒在掘砌進入基巖均出現不同程度的淋水,隨著掘砌深度的增加,淋水量越來越大,460 m時淋水量超過了100 m3/h,普通法施工難以就續(xù),最終采用了凍結法。
該處理井井筒設計參數見表1。
該處理井水文孔布置在隔溫孔與井壁之間,距井心5.15 m,水文孔具體設計見圖1。
表1 核桃峪煤礦回風立井凍結設計技術參數表
圖1 水文孔位置圖
該處理井井筒檢查孔地質柱狀圖及水文資料表明,井筒-430.2 m ~ -467.8 m,-489.6 m ~ -511.8 m 與 -678.8 m ~-719 m為細砂巖,在水文孔設計中,可以把細砂巖視為不透水層,-467.8 m ~ -489.6 m 與 -511.8 m ~ -676.8 m 為粗砂巖,為主要含水層。掘砌單位從-460 m施工到-719 m時,大約需要4個月,下部含水層肯定能滿足開挖條件,不考慮設水文孔。因此該井報道層只需設在-467.8 m~ -489.6 m與-511.8 m ~-676.8 m含水層中。若在-467.8 m~-489.6 m段設報導層,鉆孔下部偏斜率太大,水文孔無法下放。故該井筒水文孔報導層只能設在-511.8 m~-676.8 m含水層中,考慮施工進度和成本,該井筒水文孔設計深度為521 m,鉆孔下部偏斜率控制在50‰以內,過濾裝置設置在-512 m~-520.5 m,具體設計如圖2所示。
圖2 水文孔結構圖
該井筒凍結站于2011年11月20日正式開機運轉,水文孔原始水位-275 m,2012年1月20日水文孔水位大幅度上升,水文孔因深度過大、地層擾動等原因,最終沒有冒水,具體變化情況見圖3。
大家知道,當水文孔水位明顯上升,同時測溫資料分析凍結壁厚已經達到設計要求時,井筒就可以進行試挖。從該井2012年1月25日測溫資料反映,凍結壁厚也達到了設計要求。故該井確定于1月25日進行試挖,現該井筒正在正常施工中。雖然該井筒水文孔沒冒水,但水文孔水位變化資料為合理確定開挖日期提供了重要依據。
圖3 水文孔水位變化曲線圖
水文孔是觀測井筒凍結發(fā)展情況的一只眼睛,處理井水文、地質情況比較復雜,沒有這只眼,我們就可能看錯凍結發(fā)展情況,做出誤判,而出現凍結保守井筒凍實或盲目開挖井筒透水的問題,這在以往的處理井施工中是出現過的。
所以,本人希望所有處理井凍結工程的設計者都能在處理井中布置合適的水文孔。