煤礦立井井壁破裂的原因及防治

陳寧

【摘 要】隨著我國煤炭行業(yè)的發(fā)展，大量的煤礦立井逐步建立起來，隨著煤礦立井建設(shè)，一些常見的問題也隨之出現(xiàn)，其中井壁破裂是一種較為常見并嚴重威脅礦井安全的問題。本文主要對煤礦立井井壁破裂的原因及防治進行探討。

【關(guān)鍵詞】煤礦立井；井壁破裂；原因；防治

1.煤礦立井井壁破裂的原因

1.1施工質(zhì)量問題

由于施工方面的問題導致，煤礦立井的混凝土井壁其實際強度小于設(shè)計要求，從而使得井壁無法抵抗較強的水平地壓，導致破裂。

1.2設(shè)計不合理

這種原因主要是由于設(shè)計人員在進行設(shè)計時，知識簡單的對地壓及井壁的自重進行考慮，而沒有對地層不穩(wěn)定條件下，不均勻沉降對井壁造成的影響，最終導致井壁所承受的荷載不均勻，造成破裂現(xiàn)象。

1.3負摩擦力的影響

由于井壁周圍的疏水及排水問題，使得周圍的柔性土層產(chǎn)生下沉，在井壁的周圍產(chǎn)生一個向下的負摩擦力，最終使井壁出現(xiàn)裂縫。

1.4地應(yīng)力作用

由于地殼的運動，在垂直以及水平方向產(chǎn)生了一定的相對位移，由于這種相對位移，使得井壁受到的地應(yīng)力增大，產(chǎn)生破裂。

1.5井壁的豎向附加應(yīng)力影響

很多人認為井壁破裂的主要原因是由于井壁的豎向附加應(yīng)力，豎向附加應(yīng)力長生的主要原因是由于地層含水層疏水、季節(jié)溫度變化以及凍結(jié)井壁的凍融三個方面。其中地層含水層排水對井壁的影響主要表現(xiàn)在，地下水位的下降，使得井壁周圍地層中的效應(yīng)力增大，周圍的地層出現(xiàn)固結(jié)而下降。而后兩種原因主要是由于井壁周圍土層的熱脹冷縮現(xiàn)象，使得井壁的外側(cè)產(chǎn)生摩擦力。這三種原因?qū)诘挠绊懚际怯捎谪Q向附加應(yīng)力的作用。

2.煤礦立井井壁破裂的預防

2.1合理設(shè)計井壁結(jié)構(gòu)

在進行井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先需要對其設(shè)計荷載進行重新的考慮，將井壁抵抗附加應(yīng)力的能力作為重要的設(shè)計內(nèi)容，并充分利用組合圓筒的設(shè)計方法進行井壁設(shè)計，在那些容易出現(xiàn)井壁裂縫的區(qū)域，應(yīng)該對井壁的剛度和強度進行合理的設(shè)計。在進行井壁設(shè)計時，不能講內(nèi)外井壁設(shè)計成為整體，此外，由于外井壁的防水性能較差，因此需要將內(nèi)井壁的設(shè)計強度進行合理考慮，從而有效保證井壁對水壓力的抵抗能力。

2.2改善施工工藝

利用凍結(jié)法對厚表土井壁結(jié)構(gòu)進行施工時，為了減少凍結(jié)壓力對井壁的作用，在施工過程中，可以在井壁外壁與井幫之間墊2-3層泡沫板對其進行支護，這樣做的目的是為了減小凍結(jié)井壁與外井壁之間的相互摩擦力，從而使得作用于井壁的豎向附加應(yīng)力得到明顯的降低。還可以在內(nèi)外井壁之間增加特定的柔性防水材料，這樣做不僅可以使作用于井壁的豎向應(yīng)力得到明顯的控制，還可以起到明顯的防水抗?jié)B效果。

2.3對礦井周圍的水文地質(zhì)資料進行準確的掌握

在進行礦井施工前，需要進行安全檢查孔的設(shè)置，并對地層含水層進行相應(yīng)的分層抽水試驗，進而掌握準確的水文地質(zhì)資料，為礦井的設(shè)計和施工提供準確的資料保證。

3.立井井壁破裂加固的措施

3.1鋼結(jié)構(gòu)加固措施

在立井井壁加固技術(shù)中，鋼結(jié)構(gòu)加固方法是最早被使用的，這種方法主要是通過槽鋼井圈來對井壁進行加固，防止破裂的進一步發(fā)生。施工時，利用18-22號的鋼筋設(shè)置槽鋼鋼圈，并將其假設(shè)在井壁內(nèi)側(cè)，各個鋼圈之間的距離保持在0.2-0.4m之間，利用鋼軌對其進行連接，鋼軌之間的距離為1.0-1.5m之間。在井壁出現(xiàn)破裂的位置利用槽鋼作為背板，并在其表面利用高強度混凝土進行施工。這種方法的施工較為方便，對井壁破裂現(xiàn)象的防治收效較快，但是由于鋼結(jié)構(gòu)強度的原因，這種方法對立井豎向和徑向的變形無法起到較好的作用，通常被應(yīng)用在井壁破壞的臨時處理上，無法對其進行根本上的改善。

3.2破壁注漿加固措施

這種方法的施工過程是，在立井井壁上進行鉆孔，然后將漿液灌注到井壁周圍的巖土層中，從而使井壁周圍的巖土層穩(wěn)定性得到加強，還可以有效的防止周圍地層因失水而產(chǎn)生沉降。這種方法可以在立井的周圍形成一個帷幕，使井壁的受力情況發(fā)生改變，此外，這種方法還可以有效的填充井壁周圍的空隙，使其防水防滲性能得到有效的提升。這種方法對井壁破裂進行針對性的加固，而且施工質(zhì)量較為可靠，但是這種方法在立井周圍形成的帷幕一般只有1-2m，雖然可以對井壁破裂起到一定的作用，但是無法對其進行根本上的治理。

3.3卸壓槽加固措施

在立井井壁增設(shè)卸壓槽進行加固的方法，主要原理是對立井井壁的豎向附加應(yīng)力采取適應(yīng)，通過卸壓槽的設(shè)置可以使立井井壁在豎向上產(chǎn)生一定的變形，從而有效的吸收附加應(yīng)力對井壁的作用。卸壓槽的設(shè)計應(yīng)該保證自身具備一定的強度和剛度，這樣才能夠更好的抵抗井壁受到的水平地壓。卸壓槽的開設(shè)位置可選擇在底部含水層或強風化帶高應(yīng)力區(qū)段的內(nèi)井壁上，開設(shè)方式以水平環(huán)形槽為宜，并應(yīng)填充可塑性材料（如瀝青防腐松木塊等），使井壁有可壓縮性變形，使井壁能隨地層的沉降而壓縮。這樣，卸壓槽就可吸收作用在井壁上的豎向附加應(yīng)力，防止井壁破壞。卸壓槽的開設(shè)數(shù)量一般設(shè)1-2個，可視表土層厚度和井壁的破損情況而定；當破損帶距表土層與基巖分界面較遠時，應(yīng)設(shè)2個卸壓槽，以達到分段吸收附加應(yīng)力的效果。卸壓槽的位置一般設(shè)在井壁破裂帶或者表土與基巖交界的上方為佳，這可更好地將自上而下的豎向附加應(yīng)力傳遞到開好的卸壓槽上，以防二次破壞。卸壓槽的開設(shè)降低了井壁的豎向剛度，吸收了附加應(yīng)力對于井壁的豎向變形，保證了井壁的整體結(jié)構(gòu)的完整性，充分體現(xiàn)了“讓”的特性，同時可以縮小卸壓槽處井壁徑向變形，實踐證明，在井壁上開設(shè)卸壓槽加固措施是經(jīng)濟、合理、可行的一種井壁加固措施。

3.4地面注漿加固措施

這種方法是通過在地面進行打孔，并將漿液注入到立井井壁周圍的含水層，從而在立井井壁周圍形成一個較大的注漿帷幕。這種方法首先可以有效的防止立井周圍含水層出現(xiàn)水滲漏現(xiàn)象，使含水層不再出現(xiàn)失水現(xiàn)象，保證立井井壁不再受到水的侵蝕。另外，這種方法還可以有效的提升井壁周圍含水層的強度，使井壁的豎向變形受到控制，減小巖土層與井壁之間的豎向附加應(yīng)力。

總之，立井井壁破壞，從工程地質(zhì)力學角度來看是一個動態(tài)過程，只有對井筒破壞進行全方位的分析，由局部到整體，才能達到對問題的全面認識。在此基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的治理方法與措施，才能取得良好的效果。 [科]

【參考文獻】

[1]竺光明.新義礦井壁破裂分析與治理實踐.煤，2007，16（9）.

[2]王文明.楊村煤礦主井井壁破裂治理.建井技術(shù)，2008，29（2）.

[3]王兵.煤礦立井井壁破裂的原因與預防加固措施.山西煤炭管理干部學院學報，2010，23（1）.