立井井筒修復技術的應用

常雙棟

（永城煤電控股集團有限公司 陳四樓煤礦，河南 商丘 476600）

1 概 況

1.1 井筒基本情況

陳四樓煤礦副井井筒檢查期間，檢查發(fā)現(xiàn)井口向下-190 m 位置（與50 號管道梁齊平）西北至東北方向5 m 范圍內井壁有兩處漿皮張口，隨即將張口漿皮掰掉，漿皮總面積長1 500 mm、高600 mm、厚70 mm，漿皮脫離后有1 處裸露鋼筋，露筋長度約50 mm。出水點沿漿皮開裂處成橫向線狀分布，多點出水，清水不含沙，涌水量約1 m3/h，近期連續(xù)觀測，開裂程度無明顯變化，出水點水量無明顯變化，水質無變渾濁情況。經過對破壞地點及現(xiàn)狀進行分析后得出結論，井壁破壞出水的原因是井下常年進行采掘活動，導致井下水位下降。

陳四樓煤礦副井于1991 年2 月20 日開工建設，1992 年9 月20 日竣工。井筒凈直徑6.5 m，井筒深度501.3 m，其中表土段厚度為374.5 m，采用凍結法施工，凍結深度435 m，采用雙層鋼筋砼塑料夾層復合井壁，井壁厚度0.45～1.8 m（其中，0～125 m：內壁厚400 mm、外壁厚500 mm；125～253.9 m：內壁厚700 mm、外壁厚750 mm；353.9～374.5 m：內壁厚900 mm、外壁厚900 mm；基巖段壁厚450 mm）。

截止工程施工前，陳四樓副井立井兩次修復，第一次修復為1999 年采用“破壁注漿+架設井圈”的修復方法，并于井口下累深320 m 和345 m 位置開挖兩道泄壓槽；第二次修復為2018 年采用“注漿堵水”的修復方法，修復井深92、186、320 m及搖臺南北側出水的位置。

1.2 地質條件

井壁破裂段對應內層井壁厚度700 mm，外層井壁厚度750 mm，井壁混凝土標號為500 號，為上第三系上新統(tǒng)下段地層，巖性為泥質粉砂、細砂，泥質粉砂層厚2.54 m、細砂層厚7.32 m；上部為12.9 m 細砂，下部為6.93 m 泥質粉砂。副井井壁破裂段地質柱狀如圖1 所示。

圖1 副井井壁破裂段地質柱狀圖Fig.1 Geological histogram of fracture section of auxiliary shaft wall

1.3 水文地質

井筒表土段有12 個含水砂層，總厚86.34 m，大致可分為4 個含水層段。

（1）第一含水層：第四系全新統(tǒng)潛水含水段，深0～30 m，淺部以大氣降水直接入土，地下水位距地表2 m 左右，豐水期地下水位高，旱季低。

（2）第二含水層：孔隙承壓微弱—中等含水層，埋深30～90 m，水位標高30.54 m。

（3）第三含水層：孔隙承壓含水層，埋深90～260 m，水位標高28.81～30.90 m。

（4）第四含水層：孔隙承壓微弱中等含水層，埋深260 m-基巖，水位標高31.93～35.08 m。

2 井筒修復方案

根據近年來永城地區(qū)數個井筒表土段井壁破壞區(qū)成功修復經驗，計劃采取如下井壁修復方案：清理井壁—井壁架井圈+C60 灌漿充填支護—22 kg/m軌道梁豎向固定井圈—井壁夾層注漿加固。根據井壁破裂情況及地質情況，擬定支護加固段8 m，注漿加固段9 m。

根據礦井內實際情況，將副井寬罐籠改造成施工工作盤。將所需施工材料按施工工序依次進場，施工小型配件或灌漿料、水泥等易潮濕運至副井井口房內，井圈、網片等大型鋼制構件運至副井口房附近的裝料區(qū)，分類碼放，并用防水布覆蓋；敷設電纜時，首先將電纜盤至寬罐籠頂部，隨著寬罐籠的下放將電纜逐層綁扎在罐道梁托架上；高壓膠管與電纜同時敷設，先敷設電纜再敷設高壓膠管。

利用陳四樓煤礦副井井口附近現(xiàn)有風源、水源，井筒內敷設一趟φ38 mm 高壓膠管作為供風管，一趟φ25 mm 高壓膠管作為供水管，一趟φ38 mm 高壓膠管作為注漿管，滿足井筒修復施工期間施工需要。由陳四樓煤礦副井變電所低壓一回路P4-3 抽屜柜處取施工電源，利用寬罐籠上部施工平臺在副井井筒內敷設一趟MYP-3×35+1×16 mm2動力電纜；一趟MKVV8×1.5 mm2信號電纜，一趟MHYV1×4×7×0.52 通訊電纜，滿足井筒修復施工需要。

利用礦井內現(xiàn)有防爆電話，與礦調度室及各職能科室進行聯(lián)系；配備手持式防爆對講機3 套（對講機必須能與罐籠閉鎖），用于施工期間通訊，另安裝一套聲光信號系統(tǒng)作為應急通訊。

3 現(xiàn)場施工

3.1 井筒內壁

在井圈加固前，安排專人乘罐籠從井口向下逐段檢查井壁完好情況。檢查井壁期間，罐籠下落速度不超過0.5 m/s。施工人員使用壓風、壓力水對井壁進行清理，并使用長柄工具對開裂的漿皮進行處理，確保施工安全。

3.2 井圈架設及灌漿

3.2.1 井圈布置方式

井圈采用20b 槽鋼加工，每層6 根，每根長3.377 m。第一架井圈使用6 根φ27 mm×350 mm錨桿配合樹脂錨固劑進行固定，第一架井圈為澆筑托底井圈（井圈外沿直徑6.55 m）；第二架開始每架井圈使用3 根φ27 mm×420 mm 錨桿均勻固定，固定井圈錨桿外露30～50 mm（井圈外沿直徑6.45 m）；每兩層錨桿要求交替三花布置，確保井圈接頭實現(xiàn)交替連接。每塊井圈梁之間使用3 條φ20 mm×75 mm 鍍鋅高強螺栓均勻連接，形成整體，井圈架設布置如圖2 所示。

圖2 井圈架設布置示意Fig.2 Well ring erection layout schematic

3.2.2 井圈架設區(qū)域及順序

位于井深186～192 m，計劃架設30 架，分兩段進行井圈架設。先架設破裂段及以上部分4 m 范圍（對應井深186～190 m，具體以測量數據為準），然后架設井壁破裂段下部2 m 范圍（對應井深190～192 m）；每段均采取“由下向上”逐層架設，井圈之間的縫隙采用專用材料封堵。每架設1 m，灌入C60 灌漿料。

3.2.3 灌漿料選擇

C60 灌漿料選用超早強無收縮灌漿料，袋裝粉料，25 kg/袋，根據灌漿料生產廠家提供的配合比嚴格攪拌，水∶粉料=0.125∶1（重量比），采用井下現(xiàn)場拌制C60 灌漿料進行充填修復。

3.2.4 注意事項

井圈兼做為澆筑灌漿料模板使用，澆筑灌漿料前將每段井圈最下一層使用黃泥、破布等進行封堵，確保澆筑灌漿料期間不發(fā)生漏漿情況。

為防止井壁破碎段滲水對灌漿質量造成影響，需提前對滲水點進行導水、堵水。為保證灌漿料充填密實，使用專用工具，均勻分區(qū)，均勻振搗。

3.3 軌道加固支護

整體加固段由2 排長3.1 m 鋼軌上下對接，沿井圈圓周均勻布置6 排，從上至下加固，每3 m 段高加固6 根軌道，每段段高施工結束后再進行下一個段高的加固。每根軌道采用4 個專用卡子固定，卡子采用φ20 mm×75 mm 螺栓進行固定。每根軌道兩端各布置2 個φ30 mm 小孔，用于固定φ8 mm 生根鋼絲繩，生根鋼絲繩另一端固定在寬罐籠首繩連接裝置上。

軌道加固布置如圖3 所示。

圖3 軌道加固布置示意Fig.3 Layout of track reinforcement

3.4 夾層注漿加固

注漿范圍：井筒185～193 m 段進行壁間注漿加固，合計8 m。

3.4.1 注漿材料及設備選擇

此次注漿選用P·II52.5 硅酸鹽水泥；水玻璃波美度40Be，模數2.3～2.8。此次注漿以單液水泥漿和雙液水泥漿相結合的注漿方式，單液漿水灰比為0.75∶1～1∶1，雙液漿水泥漿與水玻璃體積比為1∶0.3～0.5。

地面輸漿及井筒注漿選用2ZBSB1.92～7.2/10.5～3-11 型高壓電動注漿泵，滿足井筒內注漿施工需要。井筒內敷設的φ38 mm 高壓膠管進行供漿。

3.4.2 鉆孔布置方式

此次注漿加固初步設計24 個注漿鉆孔，共計3 排（185、190、193 m），每排布置8 個，孔間距2.56 m，注漿壓力2 MPa（以不破壞井壁為原則），鉆孔開孔孔深550 mm，終孔孔深800 mm，注漿孔終孔孔深以打透內壁進入外壁100 mm 為準。采用上行式注漿，再進行下行式檢查注漿。排與排之間的注漿孔成三花布置。受井圈、排水管、梯子間等影響，施工人員可根據實際情況調整鉆孔位置。鉆孔排與排之間的鉆孔成三花布置，如圖4 所示。

圖4 注漿鉆孔布置示意Fig.4 Grouting borehole layout

3.5 井筒修復效果

此次副井井筒加固方案采用架設井圈、注漿加固等綜合措施進行修復加固，取得明顯效果。副井井筒修復工程共計10 d，較計劃工期提前6 d，井壁破裂段全部架設井圈加固，并向井壁上、下各延伸4 m，井壁出水點全部封堵，為井筒運行提供了安全保障。

4 結語

針對陳四樓煤礦井壁破裂的復雜條件，根據近年來永城地區(qū)數個井筒表土段井壁破壞區(qū)成功修復經驗，基于井壁破裂的相關理論，深入分析陳四樓礦主井井壁結構特征、工程地質和水文地質條件，提出了采用井壁架井圈+C60 灌漿充填支護，再用22 kg/m 軌道豎向固定井圈，最后自上而下壁間注漿加固的治理方案，降低突水涌砂風險，達到了預期的治理效果。該項目的實施，不僅提高井壁結構強度，并且改善井壁受力特征，為下一步類似條件下井筒修復治理方案提供了技術保障，為井壁破裂災害防治的安全、順利、高效實施提供技術依據，具有很好地的研究借鑒意義。