陽煤二礦龍門2號(hào)回風(fēng)立井井壁支護(hù)方案優(yōu)選

賈捷毅

（山西陽泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 山西 陽泉 045000）

陽煤集團(tuán)二礦龍門2號(hào)回風(fēng)立井（原二礦龍門進(jìn)風(fēng)立井改造而成）位于龍門風(fēng)井場地，于2005年9月建成。該井筒位于河道沖刷區(qū)域內(nèi)，井筒往西10 m為河道，往東25 m為山體。該井筒凈直徑6 m，井深405 m。井筒井頸長16 m，采用C20混凝土支護(hù)，支護(hù)厚度0.6 m；井筒長389 m，采用C15混凝土支護(hù)，支護(hù)厚度0.4 m。2016年9月，宏廈一建準(zhǔn)備在井筒內(nèi)安裝梯子間和瓦斯管路時(shí)，發(fā)現(xiàn)井筒井壁多處開裂、破損。嚴(yán)重影響井筒回風(fēng)功能，同時(shí)對井筒梯子間、瓦斯管等設(shè)備的安裝帶來很大困難。為此，需對陽煤集團(tuán)二礦龍門2號(hào)回風(fēng)立井井壁支護(hù)方案進(jìn)行研究。

1 工程概況

本井筒穿越的最上部地層為第四系松散層，厚度為6.35 m，以黃土、回填砂礫石、河卵石為主；向下為黃色細(xì)砂巖，厚度1.65 m，風(fēng)化易碎，節(jié)理發(fā)育；再下為灰白色泥巖，厚度7.8 m，弱風(fēng)化，松軟，破碎；以上巖層累計(jì)厚度15.8 m，工程地質(zhì)條件差?，F(xiàn)井筒涌水量為8.6 m2/h。井筒基巖風(fēng)化帶以下存在局部破碎及軟弱夾層，但總體工程地質(zhì)條件相對較好[1]。

龍門2號(hào)回風(fēng)立井破損地段及破損程度如下：

井口往下13～18 m：井壁表層有多處大面積脫落形成麻面，個(gè)別地段出現(xiàn)孔洞，最大孔洞長4 m、高0.4 m、深0.3 m。

井口往下18～40 m：井壁嚴(yán)重開裂、局部塌落、多處表層脫落形成麻面。有多處大面積麻面，個(gè)別地段出現(xiàn)孔洞，最大孔洞長3.5 m、高2 m、深0.4 m。

井口往下40～50 m：井壁表層有多處大面積脫落形成麻面，個(gè)別地段出現(xiàn)孔洞，最大孔洞長3.5 m、高2 m、深0.4 m。

井口50 m以下：從礦方提供的影像資料來看，井口50 m以下也存在大面積的表層脫落、井壁開裂及局部塌落情況，具體位置不詳。

2 井筒支護(hù)方案

2.1 井壁支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

1）按井筒裝備重量計(jì)算。龍門2號(hào)回風(fēng)立井裝備梯子間和瓦斯管路，重新支護(hù)后的井壁支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)按能承受所有井筒裝備的總重量進(jìn)行核算。根據(jù)機(jī)械專業(yè)提供的參數(shù)：井筒內(nèi)瓦斯管每段最大重量為23 t，采用45a工字鋼支撐（寬150mm），每24m一根，由14根Φ27mm-450mm錨桿固定；梯子間每段最大重量為1.5 t，采用22a槽鋼支撐（寬87 mm），每6 m一根；井壁厚度按400 mm計(jì)算，得出井壁混凝土承受工字鋼梁的抗壓強(qiáng)度為1.9 N/mm2，井壁混凝土承受槽鋼的抗壓強(qiáng)度為0.22 N/mm2，設(shè)計(jì)井壁抗壓強(qiáng)度按兩者疊加考慮，為1.9+0.22=2.12N/mm2。

2）按井筒所受地壓計(jì)算。別列贊采夫公式：P=γR0×[tan(45°-φ/2)/（λ-1）]，可知λ=2tanφtan（45°+φ/2）

式中：P為作用于井壁上的側(cè)壓力，MPa；γ為巖層容重，MN/m3，取 0.025 MN/m3；R0為井筒掘進(jìn)半徑，m，取6.8 m；φ為巖層內(nèi)摩擦角，（°），取72°。計(jì)算得P=1.1 MPa。

3）《煤礦立井井筒及硐室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50384—2007）中4.1.1第1條：用于立井支護(hù)的鋼筋混凝土，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C30；素混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C25。

通過以上計(jì)算，結(jié)合規(guī)范要求，同時(shí)參考同類礦井立井井筒支護(hù)強(qiáng)度，本設(shè)計(jì)確定龍門2號(hào)回風(fēng)立井重新支護(hù)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，其抗壓強(qiáng)度為20.1 N/mm2，完全滿足支護(hù)要求。

2.2 方案提出

針對本井筒破損程度和破損地段，本次設(shè)計(jì)提出兩個(gè)方案。

2.2.1 對井筒重新澆筑混凝土支護(hù)（整體支護(hù)，方案一）

對井壁全部鑿除，重新支護(hù)，井頸段采用C30鋼筋混凝土，厚度600 mm，井筒采用C30素混凝土，厚度400 mm[2]。

具體施工工藝流程為：

1）鑿除井壁，露出基巖面；

2）對圍巖破碎地段、出水地段注水泥-水玻璃漿進(jìn)行堵水、加固圍巖，注漿眼深5000 mm、間排距1500 mm；

3）對圍巖打注錨桿，錨桿使用普通螺紋鋼錨桿，間排距800 mm，錨桿托板使用150 mm×150 mm×10 mm鐵托板，后掛Φ6-100×100 mm鋼筋網(wǎng)。錨桿外端距基巖面300 mm，與鐵托板、鋼筋網(wǎng)一同澆入混凝土內(nèi)，對混凝土起支撐與加固作用[3]；

4）對井頸澆筑C30鋼筋混凝土，厚度600 mm，對井筒澆筑C30素混凝土，厚度400 mm，澆筑后井筒凈直徑為6 mm。

圖1 方案一支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖

2.2.2 對破損地段重新噴漿支護(hù)（局部支護(hù)，方案二）

鑿除破損井壁，對井筒破損段進(jìn)行錨噴支護(hù)，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，噴射厚度以噴至原井壁面為準(zhǔn)。

具體施工工藝流程為：

1）鑿除破損井壁，露出完整穩(wěn)固的基巖面或井壁面；

2）對圍巖破碎地段、出水地段注水泥-水玻璃漿進(jìn)行堵水、加固圍巖，注漿眼深5000 mm，間排距1500 mm；

3）對圍巖進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿使用普通螺紋鋼錨桿，間排距800mm，錨桿托板使用150mm×150mm×10 mm鐵托板，后掛Φ6-100×100 mm鋼筋網(wǎng)[4]；

4）錨網(wǎng)支護(hù)后噴射C30混凝土，噴射厚度以噴至原井壁面為準(zhǔn)；噴射厚度超過200 mm時(shí)，應(yīng)分兩次噴射；第一次噴射厚度200 mm，然后再掛一層鋼筋網(wǎng)作為支撐，隨后噴射混凝土至與原井壁面齊平，噴漿完畢后井筒凈直徑6000 mm。

圖2 方案二支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖（mm）

2.3 方案比選

設(shè)計(jì)對兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，見表1。

表1 井筒支護(hù)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

2.4 方案確定

井筒建成后，破壞了原巖的應(yīng)力平衡狀態(tài)，周圍巖體由三向受力變?yōu)槎蚴芰Γ趹?yīng)力的作用下，圍巖向井筒空間收斂變形，在強(qiáng)大的應(yīng)力作用下很容易以點(diǎn)突變，各個(gè)擊破，整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)失效，現(xiàn)在龍門2號(hào)回風(fēng)立井即處于此狀態(tài)；如果僅對井筒破壞地段進(jìn)行修復(fù)（本次設(shè)計(jì)的支護(hù)方案二），由于修復(fù)井壁與原未破壞井壁無法連為一體，各處承受的應(yīng)力無法相互傳遞后分散，會(huì)造成應(yīng)力在各自地段積聚，一旦該點(diǎn)應(yīng)力大于所能承受的支撐強(qiáng)度，井壁必然破裂損壞，井壁破壞現(xiàn)象得不到根本解決。

本次設(shè)計(jì)的支護(hù)方案一，對現(xiàn)有井筒井壁支護(hù)全部鑿除后重新整體澆筑，整個(gè)筒身成為一體，共同承受來自圍巖的應(yīng)力，受力均衡，支撐強(qiáng)度整體提高，很好地保持了井筒的穩(wěn)定性。

通過上述分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，雖然方案一無論在施工工藝、工程造價(jià)上存在較大缺點(diǎn)，但考慮到龍門分區(qū)風(fēng)井服務(wù)年限達(dá)44.7年，如果采用造價(jià)較低、使用壽命較短的方案二，勢必存在后期頻繁維護(hù)甚至二次停產(chǎn)修復(fù)的可能，故本次設(shè)計(jì)推薦方案一。

3 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)對井筒原有支護(hù)全部鑿除，重新全長支護(hù)。井頸采用C30鋼筋混凝土支護(hù)，長度16 m，支護(hù)厚度0.6 m；筒身采用C30素混凝土支護(hù)，長度389 m，支護(hù)厚度0.4m。支護(hù)長度共405m，支護(hù)體積約3330 m3。施工完畢后應(yīng)加強(qiáng)井筒區(qū)域地表水、含水層水的防治工作，減少井筒涌水對井壁的沖刷侵蝕破壞作用。