煤礦立井井壁破裂原因及治理措施

楊榮基

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，煤礦井筒穿越的表土層厚度逐漸加深，“井型大，立井深”型礦井已很常見，由此帶來很多的問題，出現了許多復雜的技術問題。其中立井井壁的破裂問題就成為工程技術人員關注的難題。本文首先分析了煤礦立井井壁破裂的原因，重點論述立井井壁破裂的治理措施，期待本文的研究能為防治井壁破裂有較大的參考作用。

關鍵詞：立井井壁；破裂；原因；治理措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.081

0 引言

基于不斷發展的煤礦行業影響下，一批大規模的礦井得以建設，這就要求對其存在的復雜技術問題進行解決，其中的立井井壁裂紋甚至是破裂是一個顯著的問題，這不利于煤礦生產的安全性。為此，需要對煤礦立井井壁的破裂原因及其治理措施進行探究。

1 煤礦立井井壁破裂的原因

（1）施工質量差導致的井壁破裂。以往的井壁設計方法、井壁構造、井壁受力模式的正確的，僅僅是凍結井壁的澆注借助混凝土進行，因為施工技術、管理等要素的制約導致井壁的施工質量較差，這造成井壁的強度顯著低于實際設計的強度，這樣在水平地壓的影響下，井壁會破裂。

（2）內部科學設計導致的井壁破裂。在設計井壁構造的時候僅僅注重地壓，根據平面應變控制環向應力對井壁的強度與厚度進行設計，豎向荷載僅僅兼顧井壁自重配豎向鋼筋，未曾重視各種地質狀況下下沉的地層對井壁增加的荷載，這導致井壁在各種地質狀況下受到不均勻荷載的影響而出現破裂。

（3）負摩擦力導致的井壁破裂。因為排水與疏水的要素，所以導致井壁附近柔性圖層下沉，進而使一種側向向下的負摩擦力出現在剛性井壁，如此的負載摩擦力會造成井壁破裂。

（4）地應力導致的井壁破裂。因為構造運動會增加地應力，所以地層出現相對性的垂直位移與水平位移，進而導致井壁出現破裂的情況。當然，這也涵蓋地殼運動導致的破壞。

（5）井壁豎向附加應力導致的井壁破裂。豎向應力會導致井壁破裂。究其原因，其主要是因為凍結井壁凍融、季節溫度改變、底部含水層疏水等一些要素，其中的關鍵要素是底部含水層的疏水，破裂的井壁是由于底部含水層的排水降低了地下水位，從而增加了地層有效應力，因此井壁附近地層下沉。此外，改變的季節溫度也會導致井壁圖層的熱脹冷縮，進而使摩擦力形成于井壁外邊。

2 立井井壁破裂的治理措施

（1）破壁注漿加固的治理對策。如此的對策是在井壁上鉆孔，穿過井壁向井壁附近相應范圍的強風化巖層或者是巖土層當中灌注漿液，提高井壁附近巖土層的穩定性，且能夠避免附近地層的下沉。破壁注漿能夠使一個帷幕形成于井壁附近，從而提供承受附加應力，實現井壁受力的改變。并且，破壁注漿還能夠對井壁附近的間隙進行填充，從而實現井壁抗滲、防水性能的提升。

作為一種加固立井井壁的破壁注漿加固施工質量穩定、目的性強，然而，一般僅僅可以實現1m——2m的破壁注漿帷幕，難以有效地根治井壁的破裂。

（2）卸壓槽加固的治理對策。以力學的機理對加固井壁進行思考，具備兩種方式，即“抗”與“讓”。將卸壓槽開在井壁，就是“適應”豎向附加力，也就是“讓”的方式，加固卸壓槽是確保適當的變形出現在井壁豎直方向上，進而對附加應力予以吸收，并且需要確保卸壓槽具備一定的剛度與強度，從而跟水平地壓相抵抗。設置卸壓槽能夠在強風化帶高應力區域的內井壁或者是底部含水層選擇，適宜設置水平環形槽的方式，且將可塑性的材料進行填充，確保井壁具備能夠壓縮性的變形，以使伴隨地層沉降的井壁出現壓縮。如此一來，卸壓槽能夠對井壁豎向附加應力進行吸收，避免破壞井壁。通常設置1個——2個的卸壓槽數量，能夠根據破損的井壁狀況與表土層厚度進行確定。在破損帶跟基巖分界面與表土層比較遠的情況下，能夠設置的卸壓槽個數是2個，從而對附加應力進行分段地吸收。

通常最為理想的卸壓槽位置是基巖交界和表土上面或者是井壁破裂帶，如此能夠向設置好的卸壓槽傳遞豎向附加應力，避免又一次地破壞。設置的卸壓槽實現了井壁豎向剛度的降低，且對附加應力予以吸收，確保了井壁構造整體的完善，這是“讓”的方式的表現。并且，能夠對卸壓槽位置井壁的徑向變形縮小。事實表明，將卸壓槽設置在井壁上而加固井壁的對策是非常可行的、科學的、經濟的。

（3）地面注漿加固的治理措施。所謂的地面注漿就是由地面打孔注漿，向井筒附近的強風化段基層與松散層底部注入漿液，這樣能夠使一個范圍較大的注漿帷幕形成于井筒附近。注漿帷幕先是能夠避免井筒周圍強風化段基巖與底部含水層滲透水，確保帷幕當中的強風化帶與含水層不再失去水分，從而使井壁防止受到侵蝕。其次，能夠實現注漿位置強風化帶與底部含水層強度的提升，實現豎向變形的降低，進而實現井壁和土之間豎向附加應力的降低效果。

選用地面注漿材料需要實現巖土層力學性能的提升，體現堵漏防滲的效果。可以選擇超細的材料，從而擴散漿液。材料的選擇需要兼顧巖土層當中的堿、酸、其它有機物是不是跟注漿材料形成不利于的化學反應。以適用經濟作為視角而言，通常選擇懸浮劑、速凝劑、早強劑、塑化劑等水泥類的漿液；脲醛樹脂類的注漿材料；粉煤灰水泥漿材；水玻璃—水泥類的漿液等。很多的實測資料證實，井壁借助地面注漿法進行加固可以進行有效地根治。

3 結語

綜上所述，上述的一系列加固對策并非單獨分開應用，需要結合井筒的實際現狀，聯合應用幾種加固對策，像是卸壓槽加破壁注漿的對策能夠實現更加理想的效果。當然，當今需要有效地統一“橫抗”和“豎讓”的治理對策進行加固。實踐證明，地面注漿加固的治理措施可有效提高井壁破裂治理效果，具有推廣價值 。

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