一种井下有水封井回填施工方法与流程

1.本发明属于矿井封填技术领域，具体涉及一种井下有水封井回填施工方法。


背景技术：

2.根据行业相关安全管理规定，煤矿关闭后，必须对井筒进行永久性封堵处理，以消除安全隐患，确保后期不发生瓦斯燃烧、爆炸、窒息及次生灾害事故。现有规定是，报废的立井应当填实，或者在井口浇注1个大于井筒断面的坚实的钢筋混凝土盖板，并设置栅栏和禁入标志。
3.在现有矿井封闭回填的方法中，大多只针对底下无水或者水很少的情况，并且是直接进行回填，而一些深井除了有地下水、砂盐水外，还有岩溶水，岩溶水位于地下水和砂盐水以下，岩溶水如果与砂盐水、地下水串联连通便会形成污染，并会使得上层底层会在岩溶水的溶蚀的分异作用下，使含水空间及本身的赋存趋于不均一性，而现有技术中申请人还未发现有效的且可针对矿井底部存在有水且为岩溶水的封填方案。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供的一种井下有水封井回填施工方法，以解决深井存在岩溶水且会与上层水串联造成危险的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.提供一种井下有水封井回填施工方法，包括以下步骤：
7.进行矿井封填准备；
8.采用导管灌注组件向井底水下灌注混凝土，形成井底混凝土防渗层；
9.在井底防渗层上先后抛填黏土和抛填矸石，并形成黏土层和矸石层，由井底混凝土防渗层、黏土层和矸石层构成用于岩溶水层防渗的第一防渗层；
10.在第一防渗层上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层和用于地下层水防渗的第三防渗层，填筑完成后即完成井内回填；
11.其中，步骤采用导管灌注组件向井底水下灌注混凝土，形成井底混凝土防渗层，包括以下步骤：
12.组装导管灌注组件：将至少一段导管与底端设有灌注控制板的漏斗件连接固定，在位于最底端的导管内安装有环形的限位环，限位环的下方间隔安装有沿导管周向分布的弹性挡板组件，弹性挡板组件具有一限位状态和一释放状态，在释放状态下弹性挡板组件的内径大于限位状态下弹性挡板组件的内径，在弹性挡板组件与限位环之间设有封堵球，封堵球的直径小于限位环的内径且大于在限位状态下弹性挡板组件的内径；
13.安装导管灌注组件：将组装好的导管灌注组件纵向伸入井内，并使导管灌注组件的底端导管伸入井底水面以下100-300mm；
14.灌注混凝土：向漏斗件内加注混凝土至设计量，然后拉开灌注控制板，使混凝土在重力下冲开封堵球，在井底迅速形成井底混凝土防渗层。
15.在一种可能的实施方式中，所述导管灌注组件由多个外径为250-300mm的所述导管通过法兰连接而成。
16.在一种可能的实施方式中，步骤组装导管灌注组件中，在连接相邻两个所述导管时，两个导管之间安装有至少一道密封圈，在连接完成后通过黄油封口。
17.在一种可能的实施方式中，在步骤灌注混凝土中，灌注的混凝土顶面高于导管1m以上。
18.在一种可能的实施方式中，在步骤安装导管灌注组件中，导管灌注组件的底端导管要下至井底标高500mm以上。
19.在一种可能的实施方式中，所述第一防渗层和第二防渗层均由从下到上依次填筑的混凝土层、黏土层和矸石层构成。
20.在一种可能的实施方式中，在步骤在第一防渗层上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层和用于地下层水防渗的第三防渗层，填筑完成后即完成井内回填，之前还包括：
21.安装导气管，导气管的一端伸入第二防渗层内，另一端向上穿过第三防渗层并暴露于井外。
22.在一种可能的实施方式中，所述粘土层由高塑性粘土填筑而成且厚度大于等于3m。
23.在一种可能的实施方式中，所述矸石层由直径范围为100-315mm的矸石填筑而成。
24.在一种可能的实施方式中，在步骤在第一防渗层上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层和用于地下层水防渗的第三防渗层，填筑完成后即完成井内回填，之后还包括
25.对井口外缘1m范围进行开挖并放坡；
26.破拆旧井筒并抛填石料形成抛填石层；
27.安装钢筋混凝土井盖；
28.填筑种植土，并分层夯实。
29.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
30.1、井下有水封井回填施工方法，可适用于深井井底有水和有熔岩水的情况，通过导管灌注组件可在井底水下通过重力迅速灌注混凝土，由于混凝土密度和质量大于熔岩水且位于井底水层底部，这样可使得混凝土层不易于水融合，可有效避免析离和凝固困难的情况发生，从而可通过形成井底混凝土防渗层进行有效防渗。
31.2、由混凝土、黏土和矸石构成第一防渗层和第二防渗层以及第三防渗层，也能够有效的对岩溶水进行封堵和阻隔上下水层的连通，可避免其与上层水串联而带来的危险，并且通过混凝土、黏土和矸石的相互配合，阻隔性和封堵性更好。
32.3、通过设置三道防渗层，可分别应对岩溶水、砂盐水和地下水，在实现分层分类阻隔的同时也能够起到更好的阻隔作用，有效防止了相邻水层串联。
附图说明
33.图1为本技术实施例在通过导管灌注组件向井底灌注混凝土形成井底混凝土防渗层时的结构示意图；
34.图2为本技术实施例在完成井内回填后的井内结构示意图；
35.图3为本技术实施例的导管灌注组件的结构示意图；
36.图4为本技术实施例的导管灌注组件的局部放大示意图，该示意图示出了弹性挡板组件在限位状态下的状态；
37.图5为图4在隐藏封堵球后的结构示意图；
38.图6为图5在释放状态下的结构示意图。
39.图中：1-开挖井筒；2-保留井筒；3-地面；4-边坡；5-种植土；6-钢筋混凝土井盖；7-抛填石层；8-导管灌注组件；81-漏斗件；82-导管；83-限位环；84-弹性挡板组件；841-弧形挡板；842-弹簧伸缩杆；85-封堵球；86-灌注控制板；9-第一防渗层；91-井底混凝土防渗层；92-黏土层；93-矸石层；10-第二防渗层；11-第三防渗层。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
41.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
42.请参照图1-6所示，本技术的实施例提供了一种井下有水封井回填施工方法，包括以下步骤：
43.步骤s1：进行矿井封填准备；
44.步骤s2：采用导管灌注组件8向井底水下灌注混凝土，形成井底混凝土防渗层91；
45.步骤s3：在井底防渗层上先后抛填黏土和抛填矸石，并形成黏土层92和矸石层93，由井底混凝土防渗层91、黏土层和矸石层构成用于岩溶水层防渗的第一防渗层9；
46.步骤s4：在第一防渗层9上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层10和用于地下层水防渗的第三防渗层11，填筑完成后即完成井内回填。
47.通过上述的技术方案，由混凝土、黏土和矸石构成第一防渗层9和第二防渗层10以及第三防渗层11，能够有效的对岩溶水进行封堵和阻隔上下水层的连通，可避免其与上层水串联而带来的危险，并且通过混凝土、黏土和矸石的相互配合，阻隔性和封堵性更好。
48.在本技术的实施例中，步骤采用导管灌注组件8向井底水下灌注混凝土，形成井底混凝土防渗层91，可包括以下步骤：
49.步骤s21：组装导管灌注组件8：将至少一段导管82与底端设有灌注控制板86的漏斗件81连接固定，在位于最底端的导管82内安装有环形的限位环83，限位环83的下方间隔安装有沿导管82周向分布的弹性挡板组件84，弹性挡板组件84具有一限位状态和一释放状态，在释放状态下弹性挡板组件84的内径大于限位状态下弹性挡板组件84的内径，在弹性挡板组件84与限位环83之间设有封堵球85，封堵球85的直径小于限位环83的内径且大于在限位状态下弹性挡板组件84的内径。
50.在该步骤中，在导管灌注组件8未被灌注混凝土时，其底端导管82内的封堵球85被限制在限位环83与弹性挡板组件84之间，限位环83与封堵球85可构成防止井下水通过导管82从井底溢出导管灌注组件8的情况，起到单向阀的作用，使得灌注更为安全，控制更为有效。在通过导管灌注组件8灌注混凝土时，混凝土在重力作用下冲击封堵球85，封堵球85在强大压力下挤压弹性挡板组件84，使得弹性挡板组件84切换为释放状态，即该状态下的内
径形成的通道可供封堵球85通过，进而可被混凝土重开封堵球85，以此便于混凝土迅续在井底水下形成混凝土防渗层，并因为是迅速形成，可使得混凝土一体性更好，并能够与上方水体更好的分离，同时在水压的作用和混凝土自身物理性质差异下，也使得混凝土能够在水下更为稳定，以此可使得混凝土层不易于水融合，有效避免析离和凝固困难的情况发生，从而可通过形成的井底混凝土防渗层91进行有效防渗。在具体的实施过程中，弹性挡板组件84可包括沿导管82周向均匀布置的多组弹簧挡板部件，弹簧挡板部件包括与导管82铰接的弧形挡板841和铰接在弧形挡板841底部与导管82内壁之间的弹簧伸缩杆842，通过弹簧伸缩杆842可使得弧形挡板841具有两种状态，进而可使得导管灌注组件8具有起支撑作用的限位状态和起通过作用的释放状态。封堵球85为一次性封堵球85，其可使用可被降解的材质。
51.步骤s22：安装导管灌注组件8：将组装好的导管灌注组件8纵向伸入井内，并使导管灌注组件8的底端导管82伸入井底水面以下100-300mm。
52.在该步骤中，通过使导管82伸入水下较大的深度并能够便于灌注混凝土，这样可形成不易于与水体融合的井底混凝土防渗层91。
53.步骤s23：灌注混凝土：向漏斗件81内加注混凝土至设计量，然后拉开灌注控制板86，使混凝土在重力下冲开封堵球85，在井底迅速形成井底混凝土防渗层91。
54.在该步骤中，漏斗件81可便于加注混凝土和起临时储存控量的作用，在加注到设计量后，便可通过灌注控制板86使得混凝土在自身大压力下迅续通过导管82进入水底，以足够的压力进行水下灌注，灌注效果更好。
55.需要说明的是，导管灌注组件8主要用于井底混凝土防渗层91的灌注，在灌注过程中需要进行一定的抬升，以更好的灌注，而在井底混凝土防渗层91形成后，可保留导管灌注组件8，以便于对第二防渗层10和第三防渗层11的混凝土的灌注，当然也可以不保留，通过其他灌注装置进行灌注。
56.通过上述的技术方案，可适用于深井井底有水的情况，通过导管灌注组件8可在井底水下通过重力迅速灌注混凝土，由于混凝土密度和质量大于熔岩水且位于井底水层底部，这样可使得混凝土层不易于水融合，可有效避免析离和凝固困难的情况发生，从而可通过形成井底混凝土防渗层91进行有效防渗。
57.在一实施方式中，所述导管灌注组件8由多个外径为250-300mm的所述导管82通过法兰连接而成。
58.这样一来，导管灌注组件8通过多个导管82的组装能够适于不同深度的矿井回填作业，并且外径为250-300mm的导管82也能够便于填充。
59.进一步的，为了提高相邻两个导管82之间的密封性，步骤组装导管灌注组件8中，在连接相邻两个所述导管82时，两个导管82之间安装有至少一道密封圈，在连接完成后通过黄油封口。
60.更进一步的，为了减小在灌注过程中水体对正在灌注中混凝土的影响，在步骤灌注混凝土中，灌注的混凝土顶面高于导管821m以上。这样一来，可使得灌注的混凝土能够位于已灌注混凝土以下，更为稳定。
61.在具体的实施过程中，在步骤安装导管灌注组件8中，导管灌注组件8的底端导管82要下至井底标高500mm以上。通过这样的深入度，既可便于进行水下灌注，也便于后灌注
的混凝土位于已灌注混凝土至下，使混凝土从下而上堆积，降低水体对灌注混凝土的影响。
62.在本技术的实施例中，所述第一防渗层9和第二防渗层10均由从下到上依次填筑的混凝土层、黏土层和矸石层构成。
63.通过这样的黏土层与矸石构成的防渗结构，可有效的起到防渗作用。
64.进一步的，在步骤在第一防渗层9上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层10和用于地下层水防渗的第三防渗层11，填筑完成后即完成井内回填，之前还包括：
65.步骤s31：安装导气管(图中未示出)，导气管的一端伸入第二防渗层10内，另一端向上穿过第三防渗层11并暴露于井外。
66.在该步骤中，由于矿井内会存在一些易燃易爆的气体，通过导气管可便于内部积累的气体排出井外，以此可降低封堵后井内的风险。
67.在一些实施方式中，所述粘土层可由高塑性粘土填筑而成且厚度大于等于3m。
68.所述矸石层可由直径范围为100-315mm的矸石填筑而成。
69.在本技术的实施例中，在步骤在第一防渗层9上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层10和用于地下层水防渗的第三防渗层11，填筑完成后即完成井内回填，之后还包括：
70.步骤s5：对井口外缘1m范围进行开挖并放坡；
71.步骤s6：破拆旧井筒并抛填石料形成抛填石层7；
72.步骤s7：安装钢筋混凝土井盖6；
73.步骤s8：填筑种植土5，并分层夯实。
74.具体实施例：
75.以一个竖井类的矿井为例，其井筒上部2m为砖砌、下部为水泥，破损，未填，周边为林地，其环境风险为高风险；该矿井为2*2.5m的长方形矿井，井深75米，井底面积5m2；同时，该矿井底部有水且为岩溶水，上层水分别为砂盐水和地下水，该矿井具有井筒，井筒具有保留井筒2和开挖井筒1两部分。
76.针对该矿井采用的井下封井回填施工方法是：
77.封井回填方案：做3道防渗封填(分别为井底混凝土和粘土防渗+矸石充填，50m处混凝土和粘土防渗+矸石充填，30m处混凝土和粘土防渗+矸石充填)+钢筋混凝土井盖+复垦；
78.施工设备：搅拌机，挖掘机，推土机、捣振棒，装载机，运输车辆，模板，夯机，井下电视，测绳等；
79.工序：清理渣堆
→
施工场地平整
→
建设围挡
→
井下电视探测
→
通过导管灌注组件灌注混凝土至74m
→
抛填粘土至71m
→
抛填矸石至50m
→
灌注混凝土至49m
→
抛填粘土至46m
→
抛填矸石至30m
→
灌注混凝土至29m
→
抛填粘土至26m
→
下入导气管(兼作水文观测孔)
→
抛填矸石至2m
→
井口外缘1m范围开挖
→
破拆旧井筒抛填至1.3m深
→
混凝土井盖至0.3m
→
分层夯实覆土至0m
→
临时道路和场地松耕平整复垦
→
树立标志牌
→
竣工验收。
80.技术参数：临时道路单行道宽≥3.5m，会车岛宽≥6.5m；转弯处≥12m；围挡高度≥2m；防渗混凝土标号为c40，厚≥1m，侯凝时间超过24h才可以进行下一步作业；井盖为钢筋混凝土，混凝土标号为c40，浇筑厚度≥1m，初凝后覆盖养护，终凝后(24h)喷水，养护时间≥5天；防渗粘土选用天然、无杂质和高塑性粘土，厚≥3m；矸石直径100-315mm；混凝土施工环境温度5℃～35℃，不宜在雨天、五级以上大风环境下施工，固化前应采取防雨措施。回填种
植土厚≥0.5m(耕地)或≥0.3(林地)，回填土分层夯实，压实系数≥0.94，高程与周边保持一致。导气孔(水文监测孔)材质为钢管，深度至第四系界面的防渗层之上，并高出地表≥0.5m，顶端设防护丝堵，方便后续水位监测和取样。垃圾分类清运至市政垃圾场。
81.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：包括以下步骤：进行矿井封填准备；采用导管灌注组件向井底水下灌注混凝土，形成井底混凝土防渗层；在井底防渗层上先后抛填黏土和抛填矸石，并形成黏土层和矸石层，由井底混凝土防渗层、黏土层和矸石层构成用于岩溶水层防渗的第一防渗层；在第一防渗层上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层和用于地下层水防渗的第三防渗层，填筑完成后即完成井内回填；其中，步骤采用导管灌注组件向井底水下灌注混凝土，形成井底混凝土防渗层，包括以下步骤：组装导管灌注组件：将至少一段导管与底端设有灌注控制板的漏斗件连接固定，在位于最底端的导管内安装有环形的限位环，限位环的下方间隔安装有沿导管周向分布的弹性挡板组件，弹性挡板组件具有一限位状态和一释放状态，在释放状态下弹性挡板组件的内径大于限位状态下弹性挡板组件的内径，在弹性挡板组件与限位环之间设有封堵球，封堵球的直径小于限位环的内径且大于在限位状态下弹性挡板组件的内径；安装导管灌注组件：将组装好的导管灌注组件纵向伸入井内，并使导管灌注组件的底端导管伸入井底水面以下100-300mm；灌注混凝土：向漏斗件内加注混凝土至设计量，然后拉开灌注控制板，使混凝土在重力下冲开封堵球，在井底迅速形成井底混凝土防渗层。2.根据权利要求1所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：所述导管灌注组件由多个外径为250-300mm的所述导管通过法兰连接而成。3.根据权利要求2所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：步骤组装导管灌注组件中，在连接相邻两个所述导管时，两个导管之间安装有至少一道密封圈，在连接完成后通过黄油封口。4.根据权利要求1所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：在步骤灌注混凝土中，灌注的混凝土顶面高于导管1m以上。5.根据权利要求1所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：在步骤安装导管灌注组件中，导管灌注组件的底端导管要下至井底标高500mm以上。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：所述第一防渗层和第二防渗层均由从下到上依次填筑的混凝土层、黏土层和矸石层构成。7.根据权利要求6所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：在步骤在第一防渗层上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层和用于地下层水防渗的第三防渗层，填筑完成后即完成井内回填，之前还包括：安装导气管，导气管的一端伸入第二防渗层内，另一端向上穿过第三防渗层并暴露于井外。8.根据权利要求7所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：所述粘土层由高塑性粘土填筑而成且厚度大于等于3m。9.根据权利要求8所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：所述矸石层由直径范围为100-315mm的矸石填筑而成。10.根据权利要求1所述的一种井下有水封井回填施工方法，其特征在于：在步骤在第
一防渗层上依次填筑用于砂岩层防渗的第二防渗层和用于地下层水防渗的第三防渗层，填筑完成后即完成井内回填，之后还包括：对井口外缘1m范围进行开挖并放坡；破拆旧井筒并抛填石料形成抛填石层；安装钢筋混凝土井盖；填筑种植土，并分层夯实。

技术总结
本发明属于矿井封填技术领域，公开了一种井下有水封井回填施工方法，其中的一种井下封井回填防渗结构，包括埋设于地下的井筒，井筒内从下到上依次填筑有井底防渗层和上防渗层，井底防渗层对应于地下的岩溶水层且用于井内对岩溶水层的防渗保护；所述井底防渗层包括从下之上依次填筑的第一灌注混凝土层、第一粘土层和第一矸石层。本发明通过设置三道防渗层，可分别应对岩溶水、砂盐水和地下水，在实现分层分类阻隔的同时也能够起到更好的阻隔作用，有效防止了相邻水层串联。有效防止了相邻水层串联。有效防止了相邻水层串联。


技术研发人员：郭林 谢朝永 逯祯 何凯 张晨 何欣琳 杨艳霞 刘沙沙 李志娟 李瑞杨 苏建仓 郭晓静 王洪义 谢思维 田浚收 王小娟 刘铮 杨亚林 陈长伟
受保护的技术使用者：河南省地质研究院
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/9