煤矿立井井壁破裂原因及治理措施

杨荣基

摘 要：随着科学技术的不断发展，煤矿井筒穿越的表土层厚度逐渐加深，“井型大，立井深”型矿井已很常见，由此带来很多的问题，出现了许多复杂的技术问题。其中立井井壁的破裂问题就成为工程技术人员关注的难题。本文首先分析了煤矿立井井壁破裂的原因，重点论述立井井壁破裂的治理措施，期待本文的研究能为防治井壁破裂有较大的参考作用。

关键词：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

基于不断发展的煤矿行业影响下，一批大规模的矿井得以建设，这就要求对其存在的复杂技术问题进行解决，其中的立井井壁裂纹甚至是破裂是一个显著的问题，这不利于煤矿生产的安全性。为此，需要对煤矿立井井壁的破裂原因及其治理措施进行探究。

1 煤矿立井井壁破裂的原因

（1）施工质量差导致的井壁破裂。以往的井壁设计方法、井壁构造、井壁受力模式的正确的，仅仅是冻结井壁的浇注借助混凝土进行，因为施工技术、管理等要素的制约导致井壁的施工质量较差，这造成井壁的强度显著低于实际设计的强度，这样在水平地压的影响下，井壁会破裂。

（2）内部科学设计导致的井壁破裂。在设计井壁构造的时候仅仅注重地压，根据平面应变控制环向应力对井壁的强度与厚度进行设计，竖向荷载仅仅兼顾井壁自重配竖向钢筋，未曾重视各种地质状况下下沉的地层对井壁增加的荷载，这导致井壁在各种地质状况下受到不均匀荷载的影响而出现破裂。

（3）负摩擦力导致的井壁破裂。因为排水与疏水的要素，所以导致井壁附近柔性图层下沉，进而使一种侧向向下的负摩擦力出现在刚性井壁，如此的负载摩擦力会造成井壁破裂。

（4）地应力导致的井壁破裂。因为构造运动会增加地应力，所以地层出现相对性的垂直位移与水平位移，进而导致井壁出现破裂的情况。当然，这也涵盖地壳运动导致的破坏。

（5）井壁竖向附加应力导致的井壁破裂。竖向应力会导致井壁破裂。究其原因，其主要是因为冻结井壁冻融、季节温度改变、底部含水层疏水等一些要素，其中的关键要素是底部含水层的疏水，破裂的井壁是由于底部含水层的排水降低了地下水位，从而增加了地层有效应力，因此井壁附近地层下沉。此外，改变的季节温度也会导致井壁图层的热胀冷缩，进而使摩擦力形成于井壁外边。

2 立井井壁破裂的治理措施

（1）破壁注浆加固的治理对策。如此的对策是在井壁上钻孔，穿过井壁向井壁附近相应范围的强风化岩层或者是岩土层当中灌注浆液，提高井壁附近岩土层的稳定性，且能够避免附近地层的下沉。破壁注浆能够使一个帷幕形成于井壁附近，从而提供承受附加应力，实现井壁受力的改变。并且，破壁注浆还能够对井壁附近的间隙进行填充，从而实现井壁抗渗、防水性能的提升。

作为一种加固立井井壁的破壁注浆加固施工质量稳定、目的性强，然而，一般仅仅可以实现1m——2m的破壁注浆帷幕，难以有效地根治井壁的破裂。

（2）卸压槽加固的治理对策。以力学的机理对加固井壁进行思考，具备两种方式，即“抗”与“让”。将卸压槽开在井壁，就是“适应”竖向附加力，也就是“让”的方式，加固卸压槽是确保适当的变形出现在井壁竖直方向上，进而对附加应力予以吸收，并且需要确保卸压槽具备一定的刚度与强度，从而跟水平地压相抵抗。设置卸压槽能够在强风化带高应力区域的内井壁或者是底部含水层选择，适宜设置水平环形槽的方式，且将可塑性的材料进行填充，确保井壁具备能够压缩性的变形，以使伴随地层沉降的井壁出现压缩。如此一来，卸压槽能够对井壁竖向附加应力进行吸收，避免破坏井壁。通常设置1个——2个的卸压槽數量，能够根据破损的井壁状况与表土层厚度进行确定。在破损带跟基岩分界面与表土层比较远的情况下，能够设置的卸压槽个数是2个，从而对附加应力进行分段地吸收。

通常最为理想的卸压槽位置是基岩交界和表土上面或者是井壁破裂带，如此能够向设置好的卸压槽传递竖向附加应力，避免又一次地破坏。设置的卸压槽实现了井壁竖向刚度的降低，且对附加应力予以吸收，确保了井壁构造整体的完善，这是“让”的方式的表现。并且，能够对卸压槽位置井壁的径向变形缩小。事实表明，将卸压槽设置在井壁上而加固井壁的对策是非常可行的、科学的、经济的。

（3）地面注浆加固的治理措施。所谓的地面注浆就是由地面打孔注浆，向井筒附近的强风化段基层与松散层底部注入浆液，这样能够使一个范围较大的注浆帷幕形成于井筒附近。注浆帷幕先是能够避免井筒周围强风化段基岩与底部含水层渗透水，确保帷幕当中的强风化带与含水层不再失去水分，从而使井壁防止受到侵蚀。其次，能够实现注浆位置强风化带与底部含水层强度的提升，实现竖向变形的降低，进而实现井壁和土之间竖向附加应力的降低效果。

选用地面注浆材料需要实现岩土层力学性能的提升，体现堵漏防渗的效果。可以选择超细的材料，从而扩散浆液。材料的选择需要兼顾岩土层当中的碱、酸、其它有机物是不是跟注浆材料形成不利于的化学反应。以适用经济作为视角而言，通常选择悬浮剂、速凝剂、早强剂、塑化剂等水泥类的浆液；脲醛树脂类的注浆材料；粉煤灰水泥浆材；水玻璃—水泥类的浆液等。很多的实测资料证实，井壁借助地面注浆法进行加固可以进行有效地根治。

3 结语

综上所述，上述的一系列加固对策并非单独分开应用，需要结合井筒的实际现状，联合应用几种加固对策，像是卸压槽加破壁注浆的对策能够实现更加理想的效果。当然，当今需要有效地统一“横抗”和“竖让”的治理对策进行加固。实践证明，地面注浆加固的治理措施可有效提高井壁破裂治理效果，具有推广价值 。

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