一种不良地层中的立井井壁结构、施工装置及方法制造方法及图纸

一种不良地层中的立井井壁结构属于矿山立井建设。包括在不良地层中设置的井筒，特点是立井上部井颈段设置高喷帷幕桩井壁结构、基岩段设置定位靶向注浆段井壁结构和井壁，上下井壁结构同心、同径，紧密连接成一体，护卫井壁；井颈段高喷帷幕桩井壁结构以井筒中心为圆心，沿井筒荒径线0.6m外围至少设置三圈首尾封闭的圆环形高喷帷幕墙，定位靶向注浆井壁结构，沿井筒荒径线圆周2m外至少设置8个垂直地面的定位靶向注浆段，两者护卫着井壁。优点是构思新颖，结构简单，稳定可靠；高喷帷幕墙和定位靶向注浆段护卫井壁，增强承载力和抗变形能力，堵水效果好；施工快速，方便，实现井筒快速掘砌，节省费用，确保矿山生产安全顺利进行。

Vertical shaft lining structure, construction device and method in bad stratum

A vertical shaft lining structure in bad stratum belongs to mine shaft construction. Including well set in bad strata, the characteristics of upper cervical segment is well shaft set high spray curtain wall structure, pile setting targeting bedrock grouting section wall lining structure and lining structure, under the same diameter, concentric, closely connected, guard well borehole; cervical spray curtain wall structure with high pile the shaft center along the shaft diameter, shortage of 0.6m periphery is provided with at least three ring and a closed ring shape high spray curtain wall, targeting grouting wall structure, along the shaft diameter circle 2m shortage set at least 8 positioning vertical ground target grouting section and two guard wall. Has the advantages of novel design, simple structure, stable and reliable; high pressure curtain grouting section and targeting guard wall, enhance the bearing capacity and deformation resistance, the water plugging effect is good; the construction is convenient, fast, fast implementation of shaft digging, saving the cost of mine production to ensure safe and smooth conduct.

【技术实现步骤摘要】
一种不良地层中的立井井壁结构、施工装置及方法
：本专利技术属于矿山立井建设，尤其涉及不良地层的立井井壁结构及施工方法。
技术介绍
地下采矿，立井是联系地下与地表的重要提升、通风、运输、排水及人员安全通道，井筒与地表直接相连，直接承受井筒提升设施的全部荷载，为此，必须确保立井井筒结构具有足够的承载力和抗变形能力。立井井筒自上而下：井颈、井身和井底三部分。随着全球采矿业的迅速发展，地下采矿所占的比例越来越大，立井越来越深、穿过的地层越来越复杂。立井所处在的不良地层表现为，井颈段为厚含水回填表土层，井身段为富含水层。井颈结构包括圆形井壁围筑的井筒，井壁外围四周是厚回填表土层。回填表土层构成复杂，表土为黏土层、或为黏土与碎石、矿石混层，土体呈松散状，不规则、不均匀，密实度低，分布大量孔隙、强度低、承载力低、透水性强，在含水与压力水或动力水作用下具有较强的流动性，容易引起井筒涌水和地表井口基础的不均匀沉降等灾害发生，损坏井筒设施，或人员伤亡，严重影响生产顺利进行。井身基岩段处于不良含水层为强风化层、中风化层和富水层，其中，强风化层和中风化层属于弱含水层，裂隙发育程度存在差异，下部为强含水层。不良含水层原岩成分以凝灰质为主，受强风化作用多变化为高岭土等黏土矿物，呈松散土状或呈残块状，见空气或遇水则解体呈松散状，裂隙透水，涌水量大，井筒无法下掘、支护。现在立井井颈所在厚含水回填表土层的常规处置方法为换土法或冷冻法，井身基岩段处于不良含水层的常规方法为冷冻法或井筒工作面注浆法。换土法加固结构，首先全部挖除厚含水回填表土层，浇筑井壁结构，然后再分层回填均质土，存在缺陷是：地表开挖面积大，受周围已有建筑物的制约，很难进行大面积开挖；分层回填均质土工期长，造价高。冷冻法加固结构，则是从地表钻一圈或两圈冻结孔至稳定岩层或井筒底部10m～20m，在冻结孔内全孔设置冻结钢管，在地表布置冷冻站，通过冻结钢管将制冷液循环输送至冻结孔底，从而到达冻结井筒周身围岩，达到防渗水加固围岩的目的，存在缺陷是：冷冻系统装备工期长、造价高、耗电量大。井筒工作面注浆法，是井筒工作面块接近不良含水层时，停止掘进，留10m左右止浆岩冒或浇筑混凝土止浆垫，在井筒工作面内布置钻孔，进行工作面注浆，存在缺陷是，该方法注浆泵功力小，注浆能力小，注浆材料消耗多，很难堵住裂隙通道里的水，井筒开挖后，涌水量仍然很大，裂隙涌水带动围岩坍塌，造成灾害。实践表明上述三种方法都存在工期长、造价高，严重影响生产的缺陷。寻求更为合理的井井壁结构迫在眉睫。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种不良地层中的立井井壁结构及施工方法，该结构简单、稳定、可靠、施工快速，能保证立井井筒的稳定性。一种不良地层中的立井井壁结构，包括在不良地层中设置的井筒,其特点是：立井上部的井颈段设置的高喷帷幕桩井壁结构、基岩段设置的定位靶向注浆井壁结构和井壁，上下井壁同心、同径，紧密连接成一体；所述的立井井颈段高喷帷幕桩井壁结构，井筒的荒径线内开挖岩层，在井筒净径线与井筒荒径线之间浇筑井壁，以井筒中心为圆心，沿井筒荒径线0.6m外围至少设置三圈首尾封闭的圆环形高喷帷幕墙，两圈高喷帷幕墙之间相距1.2～2m，高喷帷幕墙的厚度800～1000mm，深度大于厚含水回填表土层的厚度，以护卫井颈段井壁，增强承载力、抗变形能力和防水能力；所述的基岩段不良含水层定位靶向注浆立井井壁结构，包括在井筒周围设置定位靶向注浆钻孔、孔口管和注浆段，所述的定位靶向注浆钻孔，以井筒中心为圆心沿井筒荒径线圆周2m外成对均匀布置并垂直地面，全井至少设置8个定位靶向注浆钻孔；所述的孔口管设置在定位靶向注浆钻孔内，水泥浆液压由靶向注浆钻孔注入，扩充至钻孔周围5～10m基岩裂隙发育的不良含水层中，凝固成注浆段，分层设置在基岩段所处的不良含水层内，以填堵裂隙，加固围岩，护卫基岩段井壁，增强抗变形能力和防水能力；所述的井壁由内壁和外壁构成，外壁为不小于300mm厚的钢筋混凝土，内壁为不小于600mm厚的钢筋混凝土。进一步改进，所述的高喷帷幕墙由同一圈上的高喷帷幕桩连接构成，所述的高喷帷幕桩是采用三管高压旋喷技术将水泥浆喷注到预设的高喷钻孔内，凝固成圆柱状桩体，同圈的桩体与桩体相互重叠连接成一个环形高喷帷幕墙。进一步改进，所述的高喷钻孔，是采用先用钻机从地面垂直往下钻成，深度大于厚含水回填表土层厚度，钻孔直径不小于130mm；所述的水泥浆喷注入高喷钻孔并向周边扩充，成桩直径为800mm～1000mm，桩与桩之间有不小于100mm的重叠连接区。进一步改进，所述的取芯钻孔为两个，在高喷帷幕墙区内对称设置，采用先用钻机从地面垂直往下钻成，深度大于高喷帷幕桩深度5m，钻孔直径91mm，根据取出的岩芯判断高喷质量。进一步改进，所述的注压水孔至少一个，在井筒净径线内设置，采用先用钻机从地面垂直往下钻成，深度大于高喷帷幕桩深度5m，钻孔直径168mm，对钻孔进行压注水试验，检查高喷帷幕墙堵水效果。进一步改进，所述的定位靶向注浆钻孔，是利用后用钻机从地面往下垂直钻成，深度应穿过不良含水层下端10m厚度，钻孔直径不小于250mm。进一步改进，所述的孔口管采用异径结构形式，其中垂深0～10m段，管材规格为φ219×6mm；垂深10～30m段，管材规格为φ159×5mm。进一步改进，所述的注浆段的注浆材料根据地层的围岩破碎程度、裂隙发育情况及用水量选择黏土水泥浆液/超细水泥浆；注浆压力为所在高度位置静水压力的2.5～4倍；段高30m～50m，根据揭露地层情况而定。进一步改进，所述的黏土水泥浆液水灰重量比取值范围为1.2～1.5，超细水泥浆水灰重量比取值范围为0.8～1.0；所述的超细水泥浆由水泥加水、食盐、三乙醇胺配制而成，三乙醇胺加入量为水泥重量的0.5‰，食盐加入量为水泥重量的5‰。进一步改进，所述的水泥为普通硅酸盐P·O42.5；水玻璃为28～40Be；黏土的含砂量小于5％。进一步改进，所述的注浆材料通过8个定位靶向注浆钻孔在基岩段不良含水层向荒径外扩散5～10m，堵住裂隙，加固围岩。进一步改进，所述的外壁混凝土厚度不小于300mm，标号不小于C30，混凝土内布置双层钢筋，受力筋直径不小于20mm，沿井筒周边布置，间距300mm；分部筋直径不小于20mm，沿井筒中心线方向布置，间距300mm。进一步改进，所述的内壁混凝土为厚度不小于600mm，标号不小于C30，混凝土内布置单层钢筋，受力筋直径不小于20mm，沿井筒周边布置，间距300mm；分部筋直径不小于20mm，沿井筒中心线方向布置，间距300mm。还提供一种立井井颈段高喷帷幕桩的井壁结构施工装置，其特点是该装置包括水泥罐、水箱、一级搅拌桶、二级搅拌桶、操作台、高压注浆泵、高压水泵、空压机、先用钻机和高喷台车构成，就近设在井筒附近或井筒上方；所述的水泥罐、水箱分别由水泥溜管、水管与一级搅拌桶连接，一级搅拌桶与二级搅拌桶由泥浆管连接，二级搅拌桶与高压高压注浆泵由水泥浆管连接，高压高压注浆泵、高压水泵、空压机分别由注浆高压管、高压水管、高压风管与高喷台车连接；所述的水泥罐、水箱、一级搅拌桶、二级搅拌桶、高压注浆泵、高压水泵、空压机、钻机、高喷台车由控制电缆与操作台电气连接。还提供一种基岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不良地层中的立井井壁结构，包括在不良地层中设置的井筒，其特征在于，立井上部的井颈段设置的高喷帷幕桩井壁结构、基岩段设置的定位靶向注浆井壁结构和井壁，上下井壁同心、同径，紧密连接成一体；所述的立井井颈段高喷帷幕桩井壁结构，井筒的荒径线(3)内开挖岩层，在井筒净径线(2)与井筒荒径线之间浇筑井壁，以井筒中心为圆心，沿井筒荒径线0.6m外围至少设置三圈首尾封闭的圆环形高喷帷幕墙(10)、(11)、(12)，两圈高喷帷幕墙之间相距1.2～2m，高喷帷幕墙的厚度800～1000mm，深度大于厚含水回填表土层的厚度；所述的基岩段不良含水层定位靶向注浆立井井壁结构，在井筒周围设置定位靶向注浆钻孔(33)、孔口管(34)和注浆段(36)36，全井以井筒中心为圆心沿井筒荒径线圆周2m外至少成对均匀设置8个垂直地面的定位靶向注浆钻孔；定位靶向注浆钻孔内设置孔口管，水泥浆液压由靶向注浆钻孔注入，扩充至钻孔周围5～10m基岩裂隙发育的不良含水层中，凝固成注浆段，分层设置在基岩段所处的不良含水层内；所述的井壁由内壁和外壁构成，外壁为不小于300mm厚的钢筋混凝土，内壁为不小于600mm厚的钢筋混凝土。

【技术特征摘要】
1.一种不良地层中的立井井壁结构，包括在不良地层中设置的井筒，其特征在于，立井上部的井颈段设置的高喷帷幕桩井壁结构、基岩段设置的定位靶向注浆井壁结构和井壁，上下井壁同心、同径，紧密连接成一体；所述的立井井颈段高喷帷幕桩井壁结构，井筒的荒径线(3)内开挖岩层，在井筒净径线(2)与井筒荒径线之间浇筑井壁，以井筒中心为圆心，沿井筒荒径线0.6m外围至少设置三圈首尾封闭的圆环形高喷帷幕墙(10)、(11)、(12)，两圈高喷帷幕墙之间相距1.2～2m，高喷帷幕墙的厚度800～1000mm，深度大于厚含水回填表土层的厚度；所述的基岩段不良含水层定位靶向注浆立井井壁结构，在井筒周围设置定位靶向注浆钻孔(33)、孔口管(34)和注浆段(36)36，全井以井筒中心为圆心沿井筒荒径线圆周2m外至少成对均匀设置8个垂直地面的定位靶向注浆钻孔；定位靶向注浆钻孔内设置孔口管，水泥浆液压由靶向注浆钻孔注入，扩充至钻孔周围5～10m基岩裂隙发育的不良含水层中，凝固成注浆段，分层设置在基岩段所处的不良含水层内；所述的井壁由内壁和外壁构成，外壁为不小于300mm厚的钢筋混凝土，内壁为不小于600mm厚的钢筋混凝土。2.根据权利要求1所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，所述的高喷帷幕墙由同一圈上的高喷帷幕桩连接构成，所述的高喷帷幕桩是采用三管高压旋喷技术将水泥浆喷注到预设的高喷钻孔内，凝固成圆柱状桩体，同圈的桩体与桩体相互重叠连接成一个圆环形高喷帷幕墙。3.根据权利要求2所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，所述的所述的高喷钻孔(7)、(8)、(9)采用先用钻机(31)从地面垂直往下钻成，深度大于厚含水回填表土层厚度，钻孔直径不小于130mm；水泥浆喷注入高喷钻孔并向周边扩充，成桩直径为800mm～1000mm，桩与桩之间有不小于100mm的重叠连接区。4.根据权利要求1所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，所述的定位靶向注浆钻孔(33)，是利用后用钻机(48)从地面往下垂直钻成，深度应穿过不良含水层下端10m厚度，钻孔直径上部250mm，下部直径150mm；定位靶向注浆钻孔内设置异径孔口管，其中垂深0～10m段，管材规格为φ219×6mm；垂深10～30m段，管材规格为φ159×5mm；。5.根据权利要求1所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，所述的注浆段的注浆材料为黏土水泥浆液/超细水泥浆；注浆压力为所在高度位置静水压力的2.5～4倍；注浆材料通过8个定位靶向注浆钻孔在基岩段不良含水层向荒径外扩散8m，凝固成注浆段，段高30～50m，设在基岩段所处的不良含水层内。6.根据权利要求1所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，所述的外壁混凝土标号不小于C30，混凝土内布置双层钢筋，受力筋直径不小于20mm，沿井筒周边布置，间距300mm；分部筋直径不小于20mm，沿井筒中心线方向布置，间距300mm。7.根据权利要求1所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，所述的外壁混凝土标号不小于C30，混凝土内布置双层钢筋，受力筋直径不小于20mm，沿井筒周边布置，间距300mm；分部筋直径不小于20mm，沿井筒中心线方向布置，间距300mm。8.根据权利要求1所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，井颈段高喷帷幕桩井壁结构施工装置包括水泥罐(15)、水箱(17)、一级搅拌桶(19)、二级搅拌桶(21)、操作台(23)、高压注浆泵(25)、高压水泵(26)、空压机(27)、先用钻机(31)和高喷台车(32)构成，就近设在井筒附近或井筒上方；所述的水泥罐、水箱分别由水泥溜管(16)、水管(18)与一级搅拌桶连接，一级搅拌桶与二级搅拌桶由泥浆管(20)连接，二级搅拌桶与高压高压注浆泵由水泥浆管(22)连接，高压高压注浆泵、高压水泵、空压机分别由注浆高压管(28)、高压水管(29)、高压风管(30)与高喷台车连接；所述的水泥罐、水箱、一级搅拌桶、二级搅拌桶、高压注浆泵、高压水泵、空压机、先用钻机、高喷台车由控制电缆(24)与操作台电气连接。9.根据权利要求1所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，定位靶向注浆立井井壁结构施工装置包括后用钻机(48)、原浆池(39)、贮浆池(40)、清水池(42)、水玻璃池(44)和成对设置的水泥罐(15)、泥浆泵(41)、一级搅拌罐(43)、二级搅拌罐(45)、高压注浆泵(46)，就近设在井筒附近；原浆池和贮浆池管道直接；一级搅拌罐进料口由管道与水泥罐连接，由管道、泥浆泵连接贮浆池，由管道与清水池连接，配入适量的水泥、泥浆和清水；二级搅拌罐进料口与一级搅拌罐出料口管道连接，由管道与水玻璃池连接，一级搅拌罐的水泥浆再加入水玻璃，在二级搅拌罐中继续搅拌，二级搅拌罐出料口与高压注浆泵、定位靶向注钻孔管道相连接，高压注浆泵将水泥浆高压注入钻孔内。10.根据权利要求1所述的一种不良地层中的立井井壁结构，其特征在于，所述的一种不良地层中的立井井壁结构施工方法，分两期进行：第一阶段施工立井井颈段高喷帷幕桩井壁结构，施工方法按如下步骤进行：1)、立井井颈段施工线标定(1)、按照设计坐标在地表标定出井筒中心点，根据井筒中心点和设计的井筒净直径和支护厚度标定出井筒净径线和荒径线；(2)、在井筒荒径线外0.6m布置第一圈布置高喷帷幕桩钻孔，两钻孔之间间距不大于0.9m；(3)、在第一圈高喷帷幕桩外再布置第二圈高喷帷幕桩钻孔，两钻孔之间间距不大...

【专利技术属性】
技术研发人员：董亚宁，
申请(专利权)人：马钢集团控股有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34