青東礦風井井筒施工技術探討

摘 要：介紹了青東礦風井井筒的施工概況和地層條件，探討了凍結井井筒外壁掘砌過膨脹粘土段的施工方法和對策，使井筒施工安全順利的進行，保證了井筒的質量。

關鍵詞：井筒；膨脹粘土；施工技術

中圖分類號：TU文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）09-0369-01

1 概述

2007年6月13日，青東礦風井井筒凍結段已掘砌至垂深126.25m。根據青東煤礦風井綜合柱狀圖，在132.39 m-147.55 m和190.2 m -211.9 m粘土層的厚度分別為15.16 m和21.70 m。根據柱狀圖描述情況，其較為致密，塊狀、塑性大、抗壓、剪度低、凍脹量大，尤其是鈣質粘土更為突出。為確保井筒安全、優質施工，需采取特殊技術進行施工。

2 膨脹粘土層物理特性

通過對國內井筒過膨脹粘土層的調查、分析，根據膨脹粘土層的物理特性和賦存情況，對青東礦風井井筒過膨脹粘土層這一問題，組織了專家會議研討，探討對策。

國內有不少井筒固過膨脹粘土層所采取的對策不合適，致使井筒在該段出現不同程度的破壞，其主要表現為：井筒出現“V” 字型、一字型、波浪型、垂直型、斜線型、“X”交錯型開裂，膨脹粘土擠出裂縫外流，使井壁開裂，井筒有效斷面減小，并影響井壁的質量和安全施工，分析其原因，都是膨脹粘土的物理特性所致。

青東礦井表土段采用的凍結技術施工，井壁溫度為-8℃，溫度低，粘土在低溫下凍脹力大。

粘土的膨脹性主要表現在：遇水膨脹和受壓塑性變形大。

在累深132.39 m～147.55 m和190.2 m～211.9 m，該段地層為粘土層，其較為致密，塊狀、塑性大、剪度低、凍脹量大，尤其是鈣質粘土更為突出。

3 過膨脹粘土層的支護機理

由于粘土層的物理性質為遇水膨脹、受凍膨脹、暴露時間愈長膨脹體積愈大、質密、塊狀、較硬、剪度低，從其物理性質及其影響因素入手解決問題。減少井壁水量、升高井壁溫度、縮短井壁暴露時間、快速施工、開挖卸壓槽、增強鋼筋混凝土強度等方式解決過粘土層的井壁支護問題。

4 過膨脹粘土段施工技術

通過對粘土層物理特性的分析，對青東礦井風井過粘土層所采取的技術如下：

（1）施工中采用“先讓后抗、抗讓結合”的原則，快速通過粘土層。

讓：在掘進周邊荒徑中，開切豎向卸壓槽，規格：寬150mm，深200mm，長度為一模段高，間距2m。其內充填蘆葦笆， 當粘土膨脹時，其膨脹土流入槽內空間，體現出“卸壓”的效果。

抗：提高混凝土的強度，原設計該混凝土強度為C40，改為C50；提高鋼筋布置的密度，原設計鋼筋間排距為寬250×250mm，改為150×150mm；在混凝土初凝時間上，添加早強劑，使混凝土的凝固時間提前，體現出“抗”的原則，使粘土出現膨脹時，能抗住膨脹壓力。

（2）減少井壁暴露時間。

①在掘進方式上組織足夠人力、物力、機械強行快速臺階式掘進。先挖超前小井，使井筒中心超前小井低于工作面1m以上，防止井筒空氣與井幫溫差，融化井壁冰霜的淋水浸泡粘土。然后進行刷幫，釋放部分壓力。

②在掘進上組織足夠的人力、機械強行挖掘，快速掘進，縮短大循環時間。

③在支護上采用短段掘進，使用2.2m的小模板澆注，使掘進與井壁澆注的循環時間縮短，使凍結壁暴露時間控制在18小時以內。

（3）調節凍結方式，加強井筒外排凍結孔的流量，減少內排孔凍結的流量，使總凍結流量不變，使井幫凍結溫度有所下降，減少粘土層的凍脹力，且不降低總凍結壁的厚度。

（4）加強已暴露井壁位移量的觀測，掌握粘土層膨脹速度。

（5）在厚粘土層或膨脹粘土層中施工時，當井幫位移過快或膨脹量大時，在砼井壁與井幫之間鋪設25mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板，以緩解粘土層膨脹空間和減少低溫對混凝土強度的影響。

（6）提高鋼筋混凝土的強度。①提高鋼筆筋的配筋量，原設計鋼筋間排距為250×250mm，改為150×150mm；②提高混凝土的標號，原設計該混凝土強度等級為C40，改為C50；③添加高效復合早強劑，提高砼的早期強度，使砼的強度24小時內達到設計值的50%以上，72小時內達到設計值的80%以上。

（7）進行凍結變形壓力、凍結壁變形、溫度、井壁鋼筋內力等內容的監測工作，用科學的方法和可靠的數據來指導施工。

（8）必要時在井幫周圍挖6～8道深×寬=150×200mm豎向卸壓槽，槽內鋪50mm厚泡沫板或充填蘆葦笆，以緩解凍脹壓力。

（9）如井幫位移量過大時，每米增設一道20槽鋼井圈，加強外壁支護。井圈鋪設在鋼筋外側井幫上，再澆砼以抵抗砼凝固初期來自井幫的壓力。

（10）認真檢測井幫位移量。在井筒荒徑均勻布置四個檢測點，每個段高定時測量一次：按十字線方向測量直徑量，與原始直徑相比，算出井幫總位移量，同時按中線量出相應半徑方向的位移差，得出每個點的位移量，作好記錄。嚴格控制井幫位移量不大于50mm。超過此值應縮小段高施工。

（11）提前加強機械設備的檢修和維護、運轉，確保施工的正常進行。

（12）組織開展勞動競賽，提高獎金幅度，加快工程進度，減少井幫暴露時間。

（13）出現凍結段斷裂時，應及時匯報。關閉鹽水閥，并采取應急措施。

（14）加強井壁觀測，出現縱向或環向裂縫應及時匯報處理。

5 結論

采用該技術方案，組織了快速施工，使該段粘土層得以順利安全通過，在施工中示出現安全事故，通過6個月的觀測，井壁未出現開裂現象，質量完好，保證了井壁質量。使礦井井筒這一重要的咽喉部位得到確保。為礦井后期的安全生產奠定了堅實的基礎。