CN109763860A - 超前低位可控泄水过导水断层施工方法 - Google Patents

Abstract

超前低位可控泄水过导水断层施工方法，当地下工程掘进至距断层一定间距时停止掘进以留设防隔水间柱，在掌子面两侧依次施工下坡段和泄水硐室，在泄水硐室靠断层侧岩壁上凿洞浇筑安装阀门并凝固后，打开阀门穿过阀体向断层内施工钻孔并最终围绕开挖面形成一圈泄水孔；在掌子面施工数个观察孔及阀门，当观察孔内水压和水量下降到安全值以下时，在泄水孔的泄水和隔水效应保护下，掌子面重新掘进穿过防隔水间柱、断层及另一侧防隔水间柱，并将断层及两侧防隔水间柱内巷道或隧道进行全断面防水支护后关闭泄水孔孔口阀门和防水密闭门以实现断层堵水。本发明可实现地下工程过导水断层时进行有效可控超前低位泄水，确保过断层施工安全稳定及经济施工。

Description

超前低位可控泄水过导水断层施工方法

技术领域

本发明涉及矿井、隧道等地下工程过断层等含水、导水构造带施工方法，具体涉及一种超前低位可控泄水过导水断层施工方法。

背景技术

矿井巷道与隧道等地下工程掘进施工中常常会遇上断层等导水、含水构造破碎带，目前行业内采用工作面超前注浆、地面和工作面结合超前注浆、超前管棚或超前管棚配合注浆等工艺过断层破碎带。CN104532864B公开的超前辐射状降水通道系统及方法：“在隧道过断层施工中，在隧道开挖面内超前施工水平降水通道并在通道内施工泄水钻孔，利用真空泵将底部泄水钻孔内涌水抽出从而降低破碎带内水位”，本方法向破碎带内超前施工小断面水平降水通道施工风险小于大断面隧道，但小断面降水通道同样受破碎带构造与含水影响，施工及支护非常艰难、危险，通道内涌水夹带破碎带内泥沙大量涌出而导致掌子面冒顶失控，另外破碎带内岩石非常破碎、气密性很差，利用真空泵抽吸底部钻孔内涌水因外部空气进入而失效，无法有效降低开挖面内水位也无法实现可控泄水。CN101798930B也为隧道泄水工艺，其泄水通道位于隧道开挖区域外。CN102808628B采用注浆工艺，是目前大断层破碎带主流施工工艺，具体为掌子面预注浆和壁后注浆结合，本方法在承压含水破碎带及致密砂砾破碎带内可注性差、需高压化学注浆，注浆工艺复杂、难度大、成本高等不足。CN104819010 B和CN102031974 B、CN108005675 A均为注浆工艺，但在注浆工艺与配套支护上有所区别。

综上所述，目前行业内过导水断层破碎带多为注浆堵水工艺配合超前管棚及超前泄水等技术措施，但存在注浆成本高、工艺复杂，泄水技术不够成熟无法实现有效安全低位及可控泄水。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种超前低位可控泄水施工方法，在开挖前将地下水水位降至开挖面以下并在开挖面周边形成环状泄水孔，确保开挖面内无地下水影响，待断层及两侧防隔水间柱内工程施作全断面防水支护后关闭泄水孔实现断层堵水以降低井下涌水量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：超前低位可控泄水过导水断层施工方法，当地下工程（如巷道或隧道等）掘进至断层前一定间距时停止掘进以留设防隔水间柱（此间距即为防隔水间柱宽度，通过围岩强度和断层内水压计算，一般采用经验值20m至50m间，本发明中除应满足水力与地应力计算强度外，尚应按简支梁进行受力分析与校核），在掌子面两侧均依次施工下坡段和泄水硐室，在下坡段与掌子面交接处安装向泄水硐室侧开启的防水密闭门，在泄水硐室靠断层侧岩壁上凿洞浇筑安装阀门并凝固后，打开阀门穿过阀体向断层内施工钻孔并最终围绕开挖面形成一圈泄水孔对断层内积水进行有效泄水、对开挖空间进行截水，泄水硐室内积水通过水泵排出；在掌子面施工数个观察孔及阀门以观测泄水孔泄水与隔水效应，当所有观测孔无水涌出时，在泄水孔的泄水和隔水效应保护下，掌子面重新掘进穿过防隔水间柱、断层及另一侧防隔水间柱，并将断层及两侧防隔水间柱内巷道或隧道施作全断面防水支护后关闭泄水孔孔口阀门和防水密闭门以实现断层堵水以降低矿井抽水费用与运营成本。

进一步，通过调节下坡段长度和坡度使最下部泄水孔低于开挖面最低标高一定标高差确保超前低位泄水；通过泄水孔孔口阀门开度调节防止泄水量过大而水泵能力不足而淹井，实现可控泄水；当井下停电时，通过单独或同时关闭泄水孔孔口阀门、防水密闭门以封堵水源防止淹井，实现安全泄水。

进一步，防隔水间柱宽度、观察孔内水压和水量安全值采用行业理论并结合现场情况确定。

进一步，在泄水孔、观察孔孔口阀门前段设有细沙网阻止断层泥沙涌出，实现泄水而不突泥。

进一步，泄水孔间距按行业内理论并结合现场施工实际确定，当观察孔内水压和水量难以下降时，应增设泄水孔以提高泄水和隔水效应。

进一步，为防止断层内工程（巷道或隧道）下沉或上浮，以断层两侧防隔水间柱作为支点形成简支梁结构，断层内工程支护和防隔水间柱宽度除考虑防水及地应力外尚应按简支梁进行受力分析与校核。

进一步，在泄水孔泄水与隔水作用下施工过程中掌子面围岩破碎冒落时，配合常规管棚工艺施工。

本发明的有益效果：地下工程过导水断层时进行有效可控超前低位泄水，开发了先泄水再施工后堵水新方法，确保过断层施工安全稳定及经济施工。

附图说明

图1 为本发明实施例1平面布置示意图；

图2 为沿图1中Ⅰ-Ⅰ线的剖面图；

图3 为沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的剖面图；

图中：1-巷道或隧道；2-下坡段；3-泄水硐室；4-掌子面；5-防水密闭门；6-泄水孔；7-断层及边界；8-掘进（施工）方向；9-观察孔；k-防隔水间柱；d-断层宽度；h-最下部泄水孔与开挖面最低标高间标高差。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例为矿山施工平硐过区域大断层，平硐3‰上坡，破碎带内以断层泥为主、少量断层角砾，涌水量较大，原方案采取超前管棚+水泥水玻璃双液注浆，因断层泥内可注性和胶结性差，在涌水冲刷夹带下，致使顶板和掌子面大量泥沙涌出而失控，不得不封闭报废掌子面。

经分析，影响本工程施工的最不利因素为地下涌水，若能对开挖面范围内涌水进行有效泄水和隔水确保开挖面无地下水影响，则本断层可采用常规工艺配合超前管棚掘进通过。

本实施例中，在上述报废掌子面后退30m重新开口掌子面朝断层掘进，当掘进至断层20m处停止掘进，即防隔水间柱宽度k为20m，因断层为两侧均有水源补给，在掌子面4两侧均施工下坡段2和泄水硐室3，在下坡段2与掌子面4交接处安装向泄水硐3室侧开启的防水密闭门5，下坡段2坡度为14%，泄水硐室3底板标高低于掌子面开挖最低标高（水沟底板）2m，泄水孔孔径42mm，因钻机机具高度为0.8m，最下部泄水孔与开挖面最低标高间标高差h为1.2m，两侧泄水硐室内各施工5个泄水孔6，掌子面4施工2个观察孔9，孔径同泄水孔6，在泄水孔和观察孔孔口均用混凝土浇筑球阀与细钢丝网控制泄水和阻止泥沙涌出。经过6天泄水后，2个观察孔9及上部泄水孔6均无涌水流出，主要涌水从最下部泄水孔流出，按正常工艺掘进，当掘进到断层内断层泥和断层角砾仍存在一定程度坍塌，采用常规超前管棚超前支护配合施工，顺利通过断层，断层宽度31m。

因断层泥承载力较低，为防止断层破碎带内工程下沉破断而导致突水突泥事故，以断层两侧防隔水间柱作为支点，破碎带内工程形成简支梁结构，在开挖面底部延掘进方向平均间隔铺设3根11#工字钢作为主承载梁，全断面浇筑钢筋混凝土（混凝土厚度300mm）以封闭开挖面防止断层内涌水进入工程内，待混凝土终凝后，关闭两侧泄水硐室内泄水孔孔口球阀及防水密闭门以封闭泄水通道，从而降低矿井涌水与排水费用。

实施例2

本实施例为矿山施工斜井过区域大断层，斜井10％下坡，破碎带内以断层角砾为主、少量断层泥，涌水量较大。

经分析，断层右侧地表溪流为断层补给水来源，左侧无补给水源，防隔水间柱宽度k取18m，只在右侧施工下坡段和泄水硐室。因下坡施工斜井，若要泄水孔低于断层内斜井开挖面标高，则下坡段长度和工程量较大，且排水扬程较大，为降低工程量，本实施采取调整破碎带内斜井坡度，由10%下坡调整为1%下坡，下坡段坡度为16%，泄水硐室底板标高低于掌子面开挖最低标高（水沟底板）2m，最下部泄水孔与开挖面最低标高间标高差h为0.9m。在泄水硐室内施工4个泄水孔，在掌子面施工1个观察孔，因破碎带以断层角砾为准，孔口只浇筑球阀而无需安装细钢丝网，经过10天泄水后，观察孔和上部泄（隔）水孔无水流，主要水量经最下部泄水孔排出且恒定。正常短掘短支施工穿过断层（无需超前管棚）。

经过本发明技术理论与实施应用经验，本发明针对含水断层施工总结出：“泄水先行，段内调平，两侧支撑，嗣后封堵”十六字方针。具体为：

泄水先行——在施工前对断层破碎带进行超前低位可控泄水，确保开挖面内无涌水影响；

段内调平——破碎带内断层泥、断层角砾等自稳能力低，大倾角工程过断层泄水工程量大及支护难度大，因调小工程倾角过破碎带及两侧防隔水间柱；

两侧支撑——破碎带内断层泥、断层角砾承载能力低，为防止断层内工程总体下沉，需将断层内工程支撑在两侧稳定围岩体内，以形成两侧支撑的简支梁结构；

嗣后封堵——为降低矿井涌水量和排水成本，待破碎带与两侧防隔水间柱内工程全断面防水支护生效后，关闭泄水通道以封堵断层涌水。

Claims (5)

1.超前低位可控泄水过导水断层施工方法，其特征在于：当地下工程掘进至距断层一定间距时停止掘进以留设防隔水间柱，在掌子面两侧依次施工下坡段和泄水硐室，在下坡段与掌子面交接处安装向泄水硐室侧开启的防水密闭门，在泄水硐室靠断层侧岩壁上凿洞浇筑安装阀门并凝固后，打开阀门穿过阀体向断层内施工钻孔并最终围绕开挖面形成一圈泄水孔对断层内积水进行有效泄水、对开挖空间进行截水，泄水硐室内积水通过水泵排出；在掌子面施工数个观察孔及阀门以观测泄水孔泄水与隔水效应，当所有观测孔无水涌出时，在泄水孔的泄水和隔水效应保护下，掌子面重新掘进穿过防隔水间柱、断层及另一侧防隔水间柱，并将断层及两侧防隔水间柱内巷道或隧道施作全断面防水支护后关闭泄水孔孔口阀门和防水密闭门以实现断层堵水以降低矿井抽水费用与运营成本。

2.根据权利要求1所述的超前低位可控泄水过导水断层施工方法，其特征在于：通过调节下坡段长度和坡度使最下部泄水孔低于开挖面最低标高一定标高差确保超前低位泄水；通过泄水孔孔口阀门开度调节泄水量，实现可控泄水；当井下停电时，通过单独或同时关闭泄水孔孔口阀门、防水密闭门以封堵水源防止淹井，实现安全泄水。

3.根据权利要求1或2所述的超前低位可控泄水过导水断层施工方法，其特征在于：在泄水孔、观察孔孔口阀门前段设有细沙网阻止断层泥沙涌出，实现泄水而不突泥。

4.根据权利要求1或2所述的超前低位可控泄水过导水断层施工方法，其特征在于：当观察孔内水压和水量下降缓慢时，增设泄水孔以提高泄水和隔水效应。

5.根据权利要求1或2所述的超前低位可控泄水过导水断层施工方法，其特征在于：所述防隔水间柱宽度和全断面防水支护除应满足水力与地应力计算强度外，尚应按简支梁进行受力分析与校核。