回風立井井筒破壞的修復技術研究

王善新 楊建民 劉曉強 賈高遠 閆晰嶺 劉 鵬

（平煤神馬建工集團，河南平頂山市，467000）

回風立井井筒破壞的修復技術研究

王善新 楊建民 劉曉強 賈高遠 閆晰嶺 劉 鵬

（平煤神馬建工集團，河南平頂山市，467000）

煤礦在用井筒因周邊采動的影響，井筒井壁出現脫落、垮塌等，嚴重影響其使用功能。分析了回風立井井筒破壞的機理，介紹了修復技術和方案。

回風立井井筒 垮塌破壞 修復技術

1 井筒概況

平煤十礦三水平回風立井井筒直徑6.5m、半徑3.25m，井深484.8m，壁厚400mm，采用素砼支護，混凝土標號C30。井筒實測柱狀顯示井口以下18.5m為亂石粘土層及鋁土質泥巖。在井深79～85.5m見兩條煤線，煤厚0.5m。在井深92.0m處見一煤層，煤厚1.1m。在井深101.7～110.5m分別見0.6m煤線和1.2m兩層煤層。在井深101.7～157.8m井筒東側見構造、正斷層，在井深132m見斷交點，井深157.8m處斷層過完，井深157.8～398m間共揭露0.5m以下煤線8條，巖性主要為泥巖，砂質泥巖，粉細砂巖，井深399m處見一鏡煤，煤厚0.9m，在井深428m處見丁組煤層煤厚1.6m。井筒落底在灰白色細砂巖中。

回風立井于2003年5月投入使用。在正常使用期間，無提升設施。使用過程中因受周邊采動影響，于2012年4月出現垮塌脫落破壞。

2 井筒損壞情況

井筒井壁受動壓影響，出現脫落，露出巖壁，漏渣深度大，井壁脫落高度較高。根據井筒現場勘察，井筒內無出水現象，在井深0～424m段完好無破壞現象，井深424～436m段出現一南高、北低、傾角約40°、高約3.0～5.0m的破壞斜溝槽，槽深0～3.5m，溝槽處井壁和圍巖因受壓擠出脫落。井壁破壞的上下沿線與煤層底板等高線走向基本一致，破壞段上下高度7.5m。在破壞段內出現有1.5m和0.4m厚的煤層，煤層底板為灰黑色泥巖，頂板為灰色沙質泥巖。破壞段展開示意圖、斷面圖見圖1和圖2。圖2中1－1、2－2、3－3、4－4、5－5、6－6表示井深424～436m破壞段內每間隔2m的斷面。從圖2看出，井筒由南側1－1斷面垮塌開始逐步擴展到4－4斷面，環繞井筒一周。

圖1 井筒破壞段展開示意圖

圖2 井筒破壞段斷面垮塌深度示意圖

3 井筒變形垮塌破壞機理

該井筒破壞段無出水。破壞部位發生在井筒穿過巖體斷裂面或軟弱層面處。因采動出現了臨空面，打破了圍巖原有的應力平衡狀態，使圍巖應力重新分布，形成了新的應力場，即圍巖的二次應力，圍巖也同時產生不同方向的位移，使得巖體沿弱面（斷裂面、軟弱層面）滑動產生擠壓和剪切。當巖體周圍的應力失去平衡，特別是位于弱面方向對其巖體的支承能力減小或失去時，在巖體荷載應力的作用下，縱向和橫向分別產生剪切力和擠壓力，在剪切力和擠壓力作用下，巖體產生滑動。井筒周圍巖體的擴張對井筒井壁產生徑向壓力。井筒井壁在豎向壓縮和徑向壓力的聯合作用下，產生破裂。從圍巖和井筒變形破壞程度來看，當井筒井壁外表面同圍巖間粘著力達到極限強度后，即固結面斷裂后，井筒井壁垮塌破裂脫落。

4 井筒修復技術

4.1 狀態修復方案

井筒破壞后，對于應力狀態的修復，必須使表面應力達到一定的量值，才能起到有效的修復。目前能做到的就是通過給錨桿增加足夠的預緊力，對巷道自由面主動施加一定的表面應力。增加噴射混凝土厚度提高其抗彎強度和剛度，在噴層中布設內外雙層鋼筋格柵網，形成鋼筋混凝土結構。

4.2 主動讓壓措施

在424～436m井深破壞段的圍巖處于較高的應力狀態，采動后，圍巖的應力狀態發生變化，圍巖引起變形、破壞，應力需要重新達到穩定狀態。使圍巖避免再次破壞的關鍵就是對其變化過程進行有效控制，達到穩定性要求。根據已掌握的支護圍巖變形規律，采用高強錨桿配合U36型鋼井圈和鋼模板，然后澆筑混凝土進行充填修補，再補充完整井圈支護，它不僅能提供較高的壓力，且能夠有效地減小變形。同時，在已經垮塌、圍巖破碎的立井井筒中，采用聯合支護手段。

4.3 變形破壞控制方案

巷道圍巖的變形控制是一個復雜的綜合工程，通過狀態修復和主動讓壓措施后，使圍巖支護結構形成一個整體。主動讓壓后的荷載還要控制其變形，防止破壞，對支護層采取高強抗折抗裂措施。

（1）在424～436m井深破壞段，為提高噴層的抗折能力，在噴層中設置內外兩層鋼芭網，內層鋼芭網通過錨桿托盤緊壓固定在初噴層上，外層鋼芭網綁扎在鋼筋格網柵骨架上，如圖3所示。

圖3 破壞段支護層水平剖面圖

（2）在混凝土充填空間內加設鋼筋格網柵作為骨架，鋼筋與混凝土能夠牢固地結合。鋼筋格網柵結構如圖4所示，鋼筋采用直徑為20mm的螺紋鋼制作，圖中的尺寸應根據充填空間的大小合理確定，鋼筋格網柵骨架的數量根據垮塌高度而定，一般為200～500mm做一層。

圖4 鋼筋格網柵結構圖

（3）在井筒破壞段，井壁外掛U36型鋼井圈和鋼模板，充填混凝土，并搗鼓密實。這樣形成的噴層不僅抗彎強度和剛度高，而且抗折、抗裂，能夠將U36鋼圈和錨桿的預應力均勻傳遞到整個圍巖體。該支護層一方面協調自身的受力分布，控制井筒變形，另一方面與各結構層構成受力整體，實現圍巖承載圈范圍的擴大。

5 修復施工

該回風立井無提升設施，修復施工需搭設臨時提升設施及懸吊設施。主通風機停止運轉，防爆門打開后，形成自然通風，井筒內為新鮮風流。施工地點的通風量根據現場工作情況進行調定。施工時，施工人員乘坐吊桶入井，作業人員站在吊盤上進行工作。修復方法是利用錨網加U型鋼進行讓壓和抗壓支護。先將垮塌破裂地段采用錨網噴臨時支護后，固定U36型鋼井圈和鋼模板，在大的垮塌空間內設置鋼筋格柵網，然后澆筑混凝土進行充填修補，再進行補充完整井圈支護。

5.1 錨網噴臨時支護

錨網噴支護沿井筒由上向下分段施工。

（1）敲掉圍巖浮矸。人員站在吊盤上，用長鉤釬、風鎬等工具，將井壁和圍巖上的浮矸或堆積物敲掉并清理干凈。

（2）打錨桿、掛網。敲掉浮矸或堆積物后，人員站在吊盤上，用YT－28風鉆在井壁破壞地段上方1m范圍內打兩排錨桿并掛網，采用?20mm×2400mm的樹脂錨桿，錨桿間排距為700mm×700mm，每根錨桿用3卷Z2335型樹脂藥卷，外露長度不超過50mm，角度不小于75°，鋼笆網規格為2.6×0.9－?6mm，網格80mm×80mm，鋼笆網搭接長度不小于100mm，采用順掛方式（即橫短豎長），超出井壁段的網片沿破壞線外折于破壞面，用錨桿壓茬，打錨桿、掛網嚴格按照由里向外的施工順序進行。當在吊盤上無法打錨桿、掛網時，架設工作臺。

（3）噴射混凝土。錨網支護后（高度不超過2 m），人員站在吊盤或工作臺上噴射50mm厚的C20混凝土。

5.2 井圈、鋼模板澆筑混凝土支護

井圈、鋼模板澆筑混凝土支護沿井筒由下往上分段施工。

（1）固定U36型井圈。在臨時支護完畢后，吊盤停落在破壞溝槽下沿，人員站在吊盤上往破壞槽里由下向上依次架設U36型鋼井圈，井圈間距500mm，架設高度每次不超過1.5m，相鄰兩節井圈由卡纜固定，搭接長度500mm。局部破壞無水平貫通區段內架設井圈由錨桿固定；架設完整井圈采用錨桿和6寸鋼管聯合固定，每節井圈的固定點不少于2個。

（2）立鋼模板。最下層模板必須架設水平，采用段高為1.25m的組合鋼板，鋼板固定在井圈上，鋼板與鋼板間用螺栓連接。

（3）澆筑混凝土。立模完畢后，澆筑混凝土。利用輸送泵將混凝土沿溜灰管輸送到垮塌空間。在吊盤上安設一個緩沖器，減緩混凝土速度。澆筑混凝土時，采用對稱旋轉澆筑，以防鋼模板移動；充填要均勻、密實，保證充填飽滿無空洞。

5.3 補充完整井圈支護

井圈、鋼模板澆筑混凝土支護完畢后，在不能用完整井圈支護的地段采用補充完整井圈支護。吊桶升至合適位置后，人員在破壞區域上方2m處打?20mm×2400mm樹脂錨桿，打錨桿后架設搭接長度500mm、直徑5.6m的U36型鋼井圈，每節用卡纜固定，然后用錨桿固定于井壁，每節不低于2個固定點；再沿井筒由上向下依次架設井圈，間距500mm，每架井圈用?20mm圓鋼的Z型拉桿相連，拉桿不少于6根，每架井圈用錨桿固定于井壁，中間段井圈采用8＃鐵絲相連，相連間距不超過500mm，重復以上工序，支護到破壞段下、完好井壁2m處。

6 結語

破壞井筒的修復采用格柵鋼架與噴射混凝土的方案，骨架與混凝土粘結好，與圍巖結合形成整體后，不會因受力出現粘結面開裂和脫離的現象，兩者能夠共同承受圍巖壓力。這種施工方案優點是：施工方便，安全系數高；可自上而下施工，施工速度快，對于搶險工程來說，確保了安全，爭取了時間。同時也存在著一些缺點：施工工序相對復雜；通風斷面不光滑，會造成通風阻力。

［1］ 王懷義.試論黃淮地區立井井筒破裂原因及其治理對策［J］.中國煤炭，1994（1）

［2］ 楊松林.榮華主井復合軟巖巷聯合支護技術實踐［J］.現代礦業，2011（3）

［3］ 程樺，李華煥.立井井壁結構設計的問題及對策［J］.中國煤炭，1997（6）

［4］ 何有巨.深立井圍巖穩定性分析［J］.中國礦業，2006（6）

［5］ 崔云龍.簡明建井工程手冊［M］.北京：煤炭工業出版社，2003

［6］ 邢福康.煤礦支護手冊［M］.北京：煤炭工業出版社，1993

［7］ 趙常州，李占強.地下工程中支架和圍巖相互作用的突變模型［J］.巖土力學學報，2005（S1）

［8］ 劉盛東.礦山振動與立井井筒破裂分析［J］.淮南礦業學院學報，1995（3）

［9］ 王懷義.試論黃淮地區立井井筒破裂原因及其治理對策［J］.世界煤炭技術，1994（1）

［10］ 劉志強，周國慶，趙光思等.立井井筒表土層注漿加固過程的控制方法及應用［J］.煤炭學報，2005（4）

Study on repairing technique for collapse of return－air shaft

Wang Shanxin，Yang Jianmin，Liu Xiaoqiang，Jia Gaoyuan，Yan Xiling，Liu Peng
（China Pingmei Shenma Jiangong Group，Pingdingshan，Henan 467000，China）

Due to the mining work around it，the shaft sidewall will fall off or collapse，which seriously affects its functions.In this paper，the return－air shaft damage mechanism is analyzed and the repairing technique and scheme are introduced.

return－air shaft，collapse，repairing technique

TD266

B

王善新（1967－），男，河南登封人，工程師，1990年畢業于焦作礦業學院，現從事礦山建設工程管理工作。

（責任編輯 張毅玲）