煤礦立井井壁破裂的原因及防治

陳寧

【摘 要】隨著我國煤炭行業的發展，大量的煤礦立井逐步建立起來，隨著煤礦立井建設，一些常見的問題也隨之出現，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設計不合理

這種原因主要是由于設計人員在進行設計時，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生下沉，在井壁的周圍產生一個向下的負摩擦力，最終使井壁出現裂縫。

1.4地應力作用

由于地殼的運動，在垂直以及水平方向產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力增大，產生破裂。

1.5井壁的豎向附加應力影響

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力，豎向附加應力長生的主要原因是由于地層含水層疏水、季節溫度變化以及凍結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在，地下水位的下降，使得井壁周圍地層中的效應力增大，周圍的地層出現固結而下降。而后兩種原因主要是由于井壁周圍土層的熱脹冷縮現象，使得井壁的外側產生摩擦力。這三種原因對井壁的影響都是由于豎向附加應力的作用。

2.煤礦立井井壁破裂的預防

2.1合理設計井壁結構

在進行井壁結構設計時，首先需要對其設計荷載進行重新的考慮，將井壁抵抗附加應力的能力作為重要的設計內容，并充分利用組合圓筒的設計方法進行井壁設計，在那些容易出現井壁裂縫的區域，應該對井壁的剛度和強度進行合理的設計。在進行井壁設計時，不能講內外井壁設計成為整體，此外，由于外井壁的防水性能較差，因此需要將內井壁的設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

利用凍結法對厚表土井壁結構進行施工時，為了減少凍結壓力對井壁的作用，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力得到明顯的降低。還可以在內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力得到明顯的控制，還可以起到明顯的防水抗滲效果。

2.3對礦井周圍的水文地質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置，并對地層含水層進行相應的分層抽水試驗，進而掌握準確的水文地質資料，為礦井的設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鋼結構加固措施

在立井井壁加固技術中，鋼結構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生。施工時，利用18-22號的鋼筋設置槽鋼鋼圈，并將其假設在井壁內側，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，對井壁破裂現象的防治收效較快，但是由于鋼結構強度的原因，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定性得到加強，還可以有效的防止周圍地層因失水而產生沉降。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力采取適應，通過卸壓槽的設置可以使立井井壁在豎向上產生一定的變形，從而有效的吸收附加應力對井壁的作用。卸壓槽的設計應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。卸壓槽的開設位置可選擇在底部含水層或強風化帶高應力區段的內井壁上，開設方式以水平環形槽為宜，并應填充可塑性材料（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力，防止井壁破壞。卸壓槽的開設數量一般設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，應設2個卸壓槽，以達到分段吸收附加應力的效果。卸壓槽的位置一般設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力傳遞到開好的卸壓槽上，以防二次破壞。卸壓槽的開設降低了井壁的豎向剛度，吸收了附加應力對于井壁的豎向變形，保證了井壁的整體結構的完整性，充分體現了“讓”的特性，同時可以縮小卸壓槽處井壁徑向變形，實踐證明，在井壁上開設卸壓槽加固措施是經濟、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水滲漏現象，使含水層不再出現失水現象，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力。

總之，立井井壁破壞，從工程地質力學角度來看是一個動態過程，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。在此基礎上，采取相應的治理方法與措施，才能取得良好的效果。 [科]

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