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井壁施工范文

来源：学大教育

2026-03-21 23:38:07 | 阅读：86

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井壁施工范文（精选9篇）

井壁施工第1篇

1 高层建筑中电梯井壁模板支撑体系的通常做法

在高层电梯井壁的施工中以往通行的做法是:在电梯井壁墙上埋设套管, 然后穿两根钢管后在钢管上搭设模板支撑架体, 一般为6层卸载一次。

这种施工方法有很多弊端, 首先使用的周转工具较多, 各层施工中的很多防护措施, 且无法跟上安全防护的要求, 每次拆除架体危险性较大, 给安全生产造成较大的隐患, 施工周期也长, 影响施工进度。

2 高层建筑中电梯井壁模板支撑体系的改进做法

为此施工现场经过实践的摸索, 总结出一套全新电梯井道模板支撑体系, 具体搭设做法如下:

2.1 首先根据井道尺寸选择相应尺寸钢管, 搭设井字形的架体, 该架体分三层, 上下层为加固层, 中间层用竹胶板钉成方盒, 与井字形架体加固牢固, 用以作业人员的操作平台以及放置作业需使用的小型材料及机具等。井字形架体搭设平面及剖面图如图1。

2.2搭设好的井字形架体用塔吊将其吊运至相应的电梯井, 按相应尺寸就位, 在下部用U顶将底部与下层砼井道壁加固顶紧, 见图2。

2.3 在井字形架体下部两端各加两道斜杆与下层电梯井口的砼墙两两相互夹紧, 背横杆与横杆连成一体, 与墙体固定牢固, 间接形成三角形, 起到稳定的作用, 见图3。

2.4 井字形架体成型配模时一面墙模, 墙模分成三块, 中间可拆卸, 四个大角为不可拆卸的三角形模板, 拼装后用短钢管对模板及井字形架体进行加固, 穿螺杆对拉固定。每次拆模时先拆中间模板, 后拆大角处模板, 拆除的模板经过加固捆绑在井字形架体上, 用塔吊吊住后, 将井字形架体底部的油顶及加固杆松开, 整体吊运上部, 支设下一层电梯井道。见图4。

3结论

煤矿立井井壁破裂的原因及防治第2篇

【关键词】煤矿立井；井壁破裂；原因；防治

1.煤矿立井井壁破裂的原因

1.1施工质量问题

由于施工方面的问题导致，煤矿立井的混凝土井壁其实际强度小于设计要求，从而使得井壁无法抵抗较强的水平地压，导致破裂。

1.2设计不合理

这种原因主要是由于设计人员在进行设计时，知识简单的对地压及井壁的自重进行考虑，而没有对地层不稳定条件下，不均匀沉降对井壁造成的影响，最终导致井壁所承受的荷载不均匀，造成破裂现象。

1.3负摩擦力的影响

由于井壁周围的疏水及排水问题，使得周围的柔性土层产生下沉，在井壁的周围产生一个向下的负摩擦力，最终使井壁出现裂缝。

1.4地应力作用

由于地壳的运动，在垂直以及水平方向产生了一定的相对位移，由于这种相对位移，使得井壁受到的地应力增大，产生破裂。

1.5井壁的竖向附加应力影响

很多人认为井壁破裂的主要原因是由于井壁的竖向附加应力，竖向附加应力长生的主要原因是由于地层含水层疏水、季节温度变化以及冻结井壁的冻融三个方面。其中地层含水层排水对井壁的影响主要表现在，地下水位的下降，使得井壁周围地层中的效应力增大，周围的地层出现固结而下降。而后两种原因主要是由于井壁周围土层的热胀冷缩现象，使得井壁的外侧产生摩擦力。这三种原因对井壁的影响都是由于竖向附加应力的作用。

2.煤矿立井井壁破裂的预防

2.1合理设计井壁结构

在进行井壁结构设计时，首先需要对其设计荷载进行重新的考虑，将井壁抵抗附加应力的能力作为重要的设计内容，并充分利用组合圆筒的设计方法进行井壁设计，在那些容易出现井壁裂缝的区域，应该对井壁的刚度和强度进行合理的设计。在进行井壁设计时，不能讲内外井壁设计成为整体，此外，由于外井壁的防水性能较差，因此需要将内井壁的设计强度进行合理考虑，从而有效保证井壁对水压力的抵抗能力。

2.2改善施工工艺

利用冻结法对厚表土井壁结构进行施工时，为了减少冻结压力对井壁的作用，在施工过程中，可以在井壁外壁与井帮之间垫2-3层泡沫板对其进行支护，这样做的目的是为了减小冻结井壁与外井壁之间的相互摩擦力，从而使得作用于井壁的竖向附加应力得到明显的降低。还可以在内外井壁之间增加特定的柔性防水材料，这样做不仅可以使作用于井壁的竖向应力得到明显的控制，还可以起到明显的防水抗渗效果。

2.3对矿井周围的水文地质资料进行准确的掌握

在进行矿井施工前，需要进行安全检查孔的设置，并对地层含水层进行相应的分层抽水试验，进而掌握准确的水文地质资料，为矿井的设计和施工提供准确的资料保证。

3.立井井壁破裂加固的措施

3.1钢结构加固措施

在立井井壁加固技术中，钢结构加固方法是最早被使用的，这种方法主要是通过槽钢井圈来对井壁进行加固，防止破裂的进一步发生。施工时，利用18-22号的钢筋设置槽钢钢圈，并将其假设在井壁内侧，各个钢圈之间的距离保持在0.2-0.4m之间，利用钢轨对其进行连接，钢轨之间的距离为1.0-1.5m之间。在井壁出现破裂的位置利用槽钢作为背板，并在其表面利用高强度混凝土进行施工。这种方法的施工较为方便，对井壁破裂现象的防治收效较快，但是由于钢结构强度的原因，这种方法对立井竖向和径向的变形无法起到较好的作用，通常被应用在井壁破坏的临时处理上，无法对其进行根本上的改善。

3.2破壁注浆加固措施

这种方法的施工过程是，在立井井壁上进行钻孔，然后将浆液灌注到井壁周围的岩土层中，从而使井壁周围的岩土层稳定性得到加强，还可以有效的防止周围地层因失水而产生沉降。这种方法可以在立井的周围形成一个帷幕，使井壁的受力情况发生改变，此外，这种方法还可以有效的填充井壁周围的空隙，使其防水防渗性能得到有效的提升。这种方法对井壁破裂进行针对性的加固，而且施工质量较为可靠，但是这种方法在立井周围形成的帷幕一般只有1-2m，虽然可以对井壁破裂起到一定的作用，但是无法对其进行根本上的治理。

3.3卸压槽加固措施

在立井井壁增设卸压槽进行加固的方法，主要原理是对立井井壁的竖向附加应力采取适应，通过卸压槽的设置可以使立井井壁在竖向上产生一定的变形，从而有效的吸收附加应力对井壁的作用。卸压槽的设计应该保证自身具备一定的强度和刚度，这样才能够更好的抵抗井壁受到的水平地压。卸压槽的开设位置可选择在底部含水层或强风化带高应力区段的内井壁上，开设方式以水平环形槽为宜，并应填充可塑性材料（如沥青防腐松木块等），使井壁有可压缩性变形，使井壁能随地层的沉降而压缩。这样，卸压槽就可吸收作用在井壁上的竖向附加应力，防止井壁破坏。卸压槽的开设数量一般设1-2个，可视表土层厚度和井壁的破损情况而定；当破损带距表土层与基岩分界面较远时，应设2个卸压槽，以达到分段吸收附加应力的效果。卸压槽的位置一般设在井壁破裂带或者表土与基岩交界的上方为佳，这可更好地将自上而下的竖向附加应力传递到开好的卸压槽上，以防二次破坏。卸压槽的开设降低了井壁的竖向刚度，吸收了附加应力对于井壁的竖向变形，保证了井壁的整体结构的完整性，充分体现了“让”的特性，同时可以缩小卸压槽处井壁径向变形，实践证明，在井壁上开设卸压槽加固措施是经济、合理、可行的一种井壁加固措施。

3.4地面注浆加固措施

这种方法是通过在地面进行打孔，并将浆液注入到立井井壁周围的含水层，从而在立井井壁周围形成一个较大的注浆帷幕。这种方法首先可以有效的防止立井周围含水层出现水渗漏现象，使含水层不再出现失水现象，保证立井井壁不再受到水的侵蚀。另外，这种方法还可以有效的提升井壁周围含水层的强度，使井壁的竖向变形受到控制，减小岩土层与井壁之间的竖向附加应力。

总之，立井井壁破坏，从工程地质力学角度来看是一个动态过程，只有对井筒破坏进行全方位的分析，由局部到整体，才能达到对问题的全面认识。在此基础上，采取相应的治理方法与措施，才能取得良好的效果。 [科]

【参考文献】

[1]竺光明.新义矿井壁破裂分析与治理实践.煤，2007，16（9）.

[2]王文明.杨村煤矿主井井壁破裂治理.建井技术，2008，29（2）.

特大型矿井单层冻结井壁施工技术第3篇

内蒙古门克庆矿井设计建设规模为12.0Mt/a, 一号回风井井筒, 设计净直径8.0m, 井筒深度736.4m, 采用全井冻结。260m以上为设计为双层井壁, 260m以下设计为单层井壁。在一号回风井井筒施工中, 严格按照中国矿业大学设计的单层井壁防止水专利产品要求, 经过科学的组织管理, 通过不断进行小改小革, 充分调动了职工积极性, 精心安排施工工序, 成功实现了特大型矿井单层冻结井壁的施工, 为下一步在冻结井单层井壁设计方面提供了技术参数, 为施工单位提供了施工经验。

1 工程概况

门克庆矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗图克镇, 井田位于东胜煤田呼吉尔特矿区。矿井设计建设规模为12.0Mt/a, 矿井设计服务年限95年。采用立井开拓方式。一号回风井井筒设计深度736.4m, 井筒净直径8.0m。采用全井冻结法施工, 0-260m为双层井壁段, 内、外层钢筋混凝土壁厚分别为700mm和500mm, 混凝土强度C30-C50;经过设计优化, 260-736.4m采用中国矿业大学力建学院岩土工程研究所设计单层井壁设计, 壁厚800-1000mm, 钢筋混凝土强度C55-C65-C75。

井筒穿过的地层有:第四系上更新统萨拉乌素组、全新统风积砂;白垩系下统志丹群;侏罗系中统安定组、直罗组、延安组。白垩系层厚69-353.4m, 侏罗系地层厚353.4-804.2m。主要岩层为:粉砂岩、细粒砂岩、中粒砂岩、粗粒砂岩和砂质泥岩组成。采取全井冻结法施工。

2 施工方案

2.1 施工方案

根据门克庆矿井一号回风井井筒单层井壁设计要求, 决定施工采用机械化配套作业线;可靠的直螺纹套筒安装竖向钢筋;地面预制分块止水钢板, 井下快速凹槽拼装;模板导向就位自动找平找正的施工技术。

2.2 机械化配套设备

井筒内布置1座双层吊盘、1套整体液压模板, 1趟压风管、1趟风筒、1趟安全梯, 1台伞钻, 以及放炮电缆、动力、照明、监控、通信、信号电缆各1趟。形成掘进、提升运输、排矸、清底、浇注相匹配的机械化设备。

地面井口布置1座井架, 两侧安设东西稳车群, 实现智能集中控制, 两套单钩提升系统。井架内布置混凝土集中搅拌和下料系统, 井口外布置集中供气系统。一号回风立井井筒施工设备配置见表1。

3 工艺流程

工艺流程:凿岩爆破→装岩排矸→刃脚找平找正→止水钢板安装→钢筋绑扎→注浆管安装→落模板→浇筑混凝土→注浆充填

3.1 凿岩与爆破

采用SJZ-6.11型伞钻, B25×4700mm中空六角钢钻杆, Φ55mm“十”字型合金钢钻头打眼。打眼时, 采取定人、定钻、分区、定时间、定数量作业;严格按照伞钻操作规程、岗位责任制和爆破图表进行操作施工, 减少炮眼误差, 提高打眼的精度。

一号回风立井炸药选用T300型高威力抗冻水胶炸药, 雷管选用7m长脚线7段毫秒延期电雷管, 并联联线, 380V动力电源起爆电雷管引爆导爆管的爆破方式。采用深孔爆破, 掏槽眼采用Ⅱ阶直眼掏槽方式, 周边眼采用小药卷装药的不耦合装药结构, 其他炮眼采用连续装药结构, 采用光面、光底减震、缓冲击深孔爆破新技术。井筒共布置炮眼7圈, 眼深为4.7m。施工过程中根据工作面岩性及冻结状况变化, 及时调整爆破参数, 提高爆破效率。

装药时, 采取分区、定人、定量的措施, 专人负责本区的装药, 装药工经专门培训, 熟悉炸药的性能。装完药后, 最后由放炮员按照并联连线要求连线, 检查爆破网络, 并最后撤出工作面。采用地面380V动力电源起爆电雷管引爆导爆管爆破。

3.2 装岩与排矸

在吊盘下安装2台HZ-6型中心回转式抓岩机抓岩。实行分层分区抓矸, 中心回转抓岩机抓斗容积0.6m3, 每台中心回转装岩机装岩能力为50m3/h。爆破后的矸石由装岩机分别装入5m3和4m3的吊桶中, 分别由主提绞车2JKZ-4/15和副提绞车2JK-3.5/20提到地面翻矸平台, 矸石通过溜槽落地, 地面采用ZL-50A型装载机配合10T自卸时汽车排矸到指定位置。清底时, 采用小型挖掘机辅助清底。降低劳动强度, 提高工作效率。

3.3 刃脚找平与找正

矸石出够一个浇筑段高后, 平整井筒周边工作面;吊盘JH2-5型回柱绞车下放刃脚到工作面矸石上, 刃脚上铺上一层塑料薄膜。

3.4 止水钢板制作与安装

止水钢板设计为45度斜板与90度立板的斜交型。根据止水钢板展开图进行扇环型下料, 立板止水钢板采用条带型下料。并在斜止水钢板上进行内外排钢筋孔制作, 每块斜止水钢板内排等距制作18个穿筋孔, 外排制作20个孔穿筋孔。在井筒对称斜止水钢板上设置2个注浆管孔。止水钢板通过卷板机卷成弧状。在台模上焊接立板、注浆管固定装置、刃脚挂靠钢筋和把手。

在刃脚上预留孔洞, 通过止水钢板上的挂靠钢筋, 迅速将止水钢板快速安装在刃脚上, 间隙不超过5mm。

3.5 钢筋绑扎

钢筋先绑扎外层, 再绑扎内层, 先拧紧竖筋再绑环筋的顺序施工。竖筋采用精轧螺纹钢筋, 套筒连接。环筋采用搭接连接。

混凝土浇注后, 需用紧固件通过穿过接茬钢板的竖筋露头对接茬钢板施加预紧力。

3.6 注浆管安装

注浆管采用ф25×2.3mm PE-RT地板辐射采暖管制成, 每隔15cm在管壁上打4个ф8mm十字花孔, 用胶带将十字花孔覆盖。防止浇筑混凝土时灰浆进入管内造成堵塞。

沿斜接茬钢板和竖接茬钢板交汇处的上、下拐角分层各预埋2根半圆形型的环形注浆花管。注浆管穿过在止水钢板斜板与立板的交接处上拐角处焊接的固定装置进行固定, 两端头穿过止水钢板和刃脚模板到刃脚以下。注浆花管两端头接穿井壁钢管。穿井壁钢管另一端接高压胶管, 高压胶管从模板井壁接茬处引出井壁。高压胶管引出井筒内壁长度不小于0.5mm。在两半圈花管不得搭接在一起, 应离开100mm以上。

3.7 落模板

钢筋绑扎完毕, 注浆管布设完毕, 采用地面集中控制稳车同步下放整体金属模板, 通过在刃脚上的导向装置, 垂直落到刃脚上。实现自动找平找正。

3.8 浇筑混凝土

砌筑混凝凝土采用井架内布置两台JS-1500型混凝土搅拌机和PLD-3000型配料机严格按照混凝土配合比进行拌制, 分别由主、副提绞车采用TDX-3m3和TDX-2.4m3底卸式吊桶提升运输, 搅拌好的混凝土采用在固定盘接料, 吊盘上分料, 固定在吊盘上的对称溜槽入模, 振捣。

3.9 注浆充填

在井壁养护28天后, 采用吊盘做施工盘, 采用采用2TGZ-60/210注浆泵通过预留的注浆管对接茬充填注浆。浆夜采用超细水泥浆液。

4 劳动组织与管理

4.1 劳动组织

采用项目法管理, 组建矿井施工项目经理部, 实现决策民主化, 安全质量标准化、施工机械化、工序专业化、收入分配公开化。下设安全质量标准化、工程技术、经营管理、后勤保障等职能部门, 处委派安监人员成立安监站。管理服务人员共配置25人, 井下直接工配置54人, 机电辅助配置72人, 井下直接工按工序分为打眼班、出碴班、清底班、打砼班四个专业化班组, 采取滚班制作业。保证工作的熟练程度, 提高安全质量标准化水平。机电辅助工采取三班制作业。采取大班、小班、包机组三种形式。大班负责日常机电工作, 小班采取三八制作业, 负责处理井上下机电故障。设立压风、伞钻、大抓、绞车、稳车、混凝土搅拌等包机小组, 与掘进班密切配合, 进行设备的动态检修, 确保设备完好运行。

4.2 管理措施

①坚持正规循环作业。采取定人、定时、定量的三定原则, 完成各工做内容, 确保按照时间完成循环。②加强安全技术培训。对全体人员进行安全教育和技术培训, 提高职工安全意识和技术操作水平。工作专业化, 功效进一步提高。③建立完善管理制度, 制定设备检修维护制度, 设备包机组制度, 出勤管理制度, 劳动考核及奖罚制度。全体人员尽心履行职责, 保证设备全效运转。④改革创新, 提高效率, 积极调动职工积极性, 进行小改小革实验, 提高工作效率。⑤加强工序管理和原材料检验, 每班有跟班质检员对施工工序检验评定, 上道工序不合格的坚决不能进入下道工序施工, 原材不合格的坚决不能进场。严把工程质量关, 确保工程质量。

4.3 技术措施

①高强混凝土的配制前要组织工程技术人员和操作工人进行培训, 使操作人员熟悉掌握不同标号混凝土的配制方法和质量要求。配制工作实行挂牌制, 采用自动计量装置, 严格按配比计量配料。每班均应填写砼浇筑部位、段高、坍落度、入模温度、各种材料用量等, 作好混凝土施工原始记录。②冬季施工, 在施工现场设两个材料加热棚存放加热混凝土用砂和碎石, 砼中应加入砼防冻剂或早强减水剂。③采用蒸汽热水搅拌混凝土的方法提高混凝土的入模温度不低于10度。④井架内布置混凝土搅拌站, 采取半地下半地面的混凝凝土搅拌系统, 有效提高混凝土的搅拌环境温度。⑤采取混凝凝土下料分料专利技术, 减少混凝土运输休止时间。

5 结语

在门克庆一号回风井单层冻结井壁施工中, 通过合理组织, 精心管理, 克服了环境气温低, 工序繁杂等困难, 成功地完成了单层冻结井壁的砌筑施工, 后经注浆充填, 井壁止水钢板效果良好, 达到设计漏水小于6m3/h要求。工程质量全优, 安全无事故。

摘要：门克庆矿井一号回风井基岩段采用中国矿业大学设计的单层井壁防止水专利产品, 施工中严格按照专利产品要求, 经过精心组织, 合理安排, 成功完成单层冻结井壁的施工, 为单层冻结井壁的施工、止水提供了丰富经验。

关键词：冻结,单层井壁,施工技术

参考文献

[1]崔云龙.建明建井工程手册:下册[M].北京:煤炭工业出版社, 2003.

[2]宁建红, 谢军辉.超千米立井施工机械化设备选型及布置[J].中州煤炭, 2009 (9) .

[3]王红雷.徐家围子地区提高钻井速度技术研究[D].大庆:大庆石油学院, 2009.

井壁施工第4篇

摘要：通过对双层钢板混凝土复合井壁结构受力分析指出，由于内、外钢板筒的约束作用，中间混凝土层完全处于三轴受压应力状态，混凝土抗压强度得到了较大程度地提高。根据现行混凝土结构设计规范关于多轴应力状态下混凝土强度验算的相关规定，提出了双层钢板混凝土复合井壁设计计算新方法，并得到了模型试验的验证，通过实例计算结果表明，采用这一新方法设计的井壁结构不但安全可靠，而且还可大大降低井壁混凝土的设计强度等级或减薄井壁厚度，解决了特厚表土层钻井井壁结构的设计计算难题。目前，该方法已应用于工程实际的井壁结构设计中。

关键词：特厚表土层；钻井井壁；高强混凝土；钢板筒；设计方法

中图分类号：TD262.32 文献标识码：A 文章编号：1672-1098(2008)03-0014-05

随着煤矿新井建设时穿过的表土层越来越厚，井壁承受的地压也将不断加大，如正在开发的安徽深部煤田和山东巨野煤田，其冲积层厚500~800 m［1］，当采用钻井法施工时，就必须采用高强井壁结构和合理的设计方法。根据过去的工程实践和研究成果表明，双层钢板高强混凝土复合井壁具有很高的承载能力，可抵御强大的地压作用，是特厚表土层钻井井筒的理想支护结构之一［2］。目前，国内、外关于双层钢板高强混凝土复合井壁结构设计计算主要采用H.林克法和弹性组合筒法［3］，它们首先根据材料力学和弹性力学公式求得井壁结构中的最大应力，然后采用允许应力法进行强度校核。

对于双层钢板高强混凝土复合井壁，由于内、外钢板筒的约束作用，中间混凝土层完全处于三向受压应力状态下，根据混凝土多轴强度理论，井壁结构中的混凝土抗压强度将得到较大程度地提高［4］，而上述这二种设计计算方法并没有考虑到这一点，从而使得设计的井壁结构并不能反映其真实可靠度，设计方法不够完善。为此，本文就双层钢板高强混凝土复合钻井井壁的设计计算方法进行探讨。

1 理论基础

在双层钢板高强混凝土复合钻井井壁结构中，其混凝土层处于三轴受压状态，结构设计不同于一般的地面混凝土梁、柱结构。根据文献［5］规定：非杆系的二维或三维结构可采用弹性理论分析、有限元分析或试验方法确定其弹性应力分布，根据主拉应力图形的面积确定所需的配筋量和布置，并按多轴应力状态验算混凝土的强度。即求得混凝土主应力值σ_i后，混凝土多轴强度验算应符合下列要求。

Вσ_i｜≤｜f_i｜（i=1，2，3）（1）

式中：σ_i为混凝土主应力值：受拉为正，受压为负，且σ₁≥σ₂≥σ₃；f_i为混凝土多轴强度：受拉为正，受压为负，且f₁≥f₂≥f₃。

在三轴受压（压—压—压）应力状态下，混凝土的抗压强度（f₃）可根据应力比σ₁/ σ₃按图1所示的插值确定，其最高强度值不宜超过5f^*_c（f^*_c为混凝土的单轴抗压强度），即在三轴受压应力状态下，混凝土的抗压强度提高系数（m=-f₃/f^*_c）最高不宜超过5倍。

图1中混凝土的三轴抗压强度只取决于主应力比(σ₁/σ₃)，而忽略了中间主应力（ σ₂）的影响，主要是方便计算，所给强度值显著地低于试验值，也略低于其他一些国家有关规范所给值［6］,设计结果偏于安全。

在实际计算中，当得到井壁结构中关键点的主应力值σ₁、σ₂和σ₃后，就可以根据σ₁/σ₃的比值查图1得到该点混凝土的三轴抗压强度提高系数（m），即图1中的纵坐标值（-f₃/f*₃）。

2 设计新方法

根据上述理论基础，双层钢板高强混凝土复合钻井井壁结构设计计算可采用试算法，即首先根据经验类比法确定井壁的基本参数，然后采用弹性力学三层组合筒法求出内缘混凝土的主应力值，得到主应力比(σ₁/σ₃)，再查图1得到双层钢板高强混凝土复合井壁结构中的混凝土抗压强度提高系数，最后根据下式进行井壁混凝土强度校核。

k₁?k₂?σ_max≤m?f_c（2）

式中：k₁为结构重要性系数，取为1.1； k₂为荷载分项系数, 取为1.35［7］； σ_max为井壁结构中混凝土主应力绝对值的最大值； f_c为混凝土单轴抗压强度设计值。

通过上述过程反复计算，最后得到优化的井壁参数设计值。同时，还应对钢板应力进行强度校核。

自1987年以来，在淮北、徐州、大屯、兖州、永夏和双鸭山等矿区相继发生了煤矿立井井筒破裂事故，给矿井安全生产带来了严重威胁。现有研究成果表明［8］：这些井筒破坏的主要原因是由于矿井采掘引起表土层底部含水层水位下降，地层固结沉陷，施加给井筒一个相当大的竖向附加力。由于我国过去在井壁设计中未曾认识到这一特殊地层的竖向附加力问题，随着地层的沉降，竖向附加力逐渐增大，最终导致井壁因强度不足而破坏。因此，要确保新建井筒不再发生类似的破裂事故，一个有效的技术途径就是采用竖向可缩性井壁结构，它可在原普通钻井井壁结构中增加一个或几个可缩性接头，使竖向刚性井壁变为可缩性井壁。当地层开始固结沉降，竖向附加力不太大时，可缩性接头的竖向强度足以支承之；当竖向附加力增大到可缩性接头的竖向极限荷载时，可缩接头便开始屈服，产生压缩变形，从而可使竖向附加应力得到有效地衰减和控制，确保井筒安全使用［9］。

竖向可缩性井壁接头在水平方向能承受永久地压，其竖向工作应力应大于设置处井壁自重（包括井筒装备重量等）而远小于井壁该处的环向应力。

所以，在双层钢板高强混凝土复合钻井井壁结构中，混凝土的环向应力总是式（2）中的σ_max，竖向应力σ_z属于中间主应力σ₂，根据图1可知，它对复合井壁结构中混凝土抗压强度提高系数影响可不加考虑。

3 计算实例及其结果分析

某矿主井是目前国内、外钻井法施工最为深、大的井筒。该井设计净直径6.2 m ，穿过表土层厚584.1 m；采用双层钢板高强混凝土复合井壁结构，现初选控制荷载段井壁厚度850 mm、C70混凝土（其单轴抗压强度设计值为31.8 MPa）、内外层钢板厚度分别为30 mm和25 mm。

井壁承受侧压力为P=0.012 H=0.012×584.1=7.0 MPa。

采用弹性组合筒公式，可求得层间力P₃₂=6.237 MPa；P₂₁=1.241 MPa。

混凝土层内缘环向应力σ_θmax=-28.68 MPa；则σ₁=-1.241 MPa，σ₃=-28.68 MPa，按平面应变状态考虑：

σ₂=0.2×(-1.241-28.68)=-5.98 MPa若考虑地层沉降，采用竖向可缩性井壁结构，控制竖向应力为1.5倍自重应力，则

σ_z=-0.026×584.1×1.5=-22.78 MPa

σ₂/σ₃=0.209～0.794,σ₁/σ₃=0.0433

根据上面的应力比，查图1可得井壁内缘混凝土抗压强度提高系数为m=1.373。

混凝土层外缘环向应力σ_θmax=-23.69 MPa；

则σ₁=-6.237 MPa，σ₃=-23.69 MPa，若考虑1.5倍自重应力：

σ₂=-0.026×584.1×1.5=-22.78 MPa

σ₂/σ₃=0.961,σ₁/σ₃=0.263

根据上面的应力比，查图1可得井壁外缘混凝土抗压强度提高系数为m=4.186。

通过以上计算可知，井壁结构中内、外缘混凝土抗压强度提高系数分别为1.373和4.186 。这对深厚表土层钻井井壁的设计和施工具有十分重要的意义。

由于双层钢板高强混凝土复合钻井井壁的内缘为危险截面，为此下面采用式（2）对井壁混凝土强度进行校核。

由k₁?k₂?σ_max=1.1×1.35×28.68=42.59 MPa，小于m? f_c=1.373×31.8=43.66 MPa

通过验算，强度满足要求。

如不采用本文提出的设计新方法进行计算，而仍采用H.林克法和弹性组合筒法来设计该主井（即不考虑上式右边的混凝土抗压强度提高系数1.373），根据井壁承载力设计要求，在不增加井壁厚度的情况下，则井壁混凝土的单轴抗压强度设计值应为

F_c≥1.1×1.35×28.68=42.59 MPa

通过对混凝土抗压强度设计值外延推算表明，井壁设计至少应采用C100等级的超高强混凝土，其抗压强度设计值为43.2 MPa。如此高强度等级的混凝土，在目前现场施工技术水平和原材料供应条件下是难以施工的。

为此，如仍然采用目前现场可以施工的C70混凝土，只有通过加大井壁厚度来满足承载力要求，则井壁中内缘混凝土的最大环向应力为

σ_max≤f_c/k₁?k₂=31.8/1.1×1.35=21.414 M Pa

通过计算可知，在保持内、外钢板厚度不变的情况下，井壁的最小厚度应为1 700 mm，此时井壁中内缘混凝土的环向应力为21.278 MPa，小于21.414 MPa，满足强度要求。但由计算结果可见，井壁厚度太大，远超过钻井井壁的有效厚度，强度效能太低，不宜采用钻井法凿井。

由此可见，在特厚表土层的双层钢板高强混凝土复合钻井井壁结构设计中，采用本文提出的设计计算新方法不但符合相关规定，井壁安全可靠，而且还可大大降低混凝土的设计强度等级或减薄井壁厚度，确保设计的深厚表土层钻井井壁在有效厚度范围内，解决了500～8 00 m特厚表土层钻井井壁的设计技术难题，具有显著的社会经济效益。

4 模型试验验证

为了了解采用本文提出的设计新方法计算的复合钻井井壁是否安全可靠，又专门进行了结构模型试验加以检验。

由于试验中不但要测得井壁模型的破坏荷载，而且还要了解井壁截面的应力分布。因此，根据相似理论可知［10］，为了易于满足强度相似条件，模型采用原井壁结构的材料即钢板和混凝土，故有：

C_E=C_σ=C_P=C_R=1

C_ε=1；C_μ=1；C_ρ=1（3）

式中：C_E为弹性模量相似常数；C_σ为应力相似常数；C_P为荷载（面力）相似常数；C_R为强度相似常数； C_ε为应变相似常数；C_μ为泊松比相似常数；C_ρ为含钢率相似常数。

在这种情况下，只要确定适当的几何相似常数就可以了。现以前面计算实例的某矿主井控制荷载的井壁设计参数（见表1）作为原型，结合试验加载装置尺寸，确定的井壁模型试件外直径和高度分别为350 mm和360 mm，其几何缩比为22.6，混凝土抗压强度设计为70 MPa。

模型试件的浇注采用专门加工的模具。试件浇注好并养护一段时间后，再上车床精加工，以确保上、下端面的密封和自由滑动。井壁模型加载试验在专门研制的井壁高压加载系统上进行（见图2）。它采用高压油来模拟井壁承受的侧向地压，竖向通过长柱式压力机施加自重荷载。

为了进行实验应力分析，试验前在每一模型试件的内、外钢板表面和混凝土中粘贴电阻应变片，并采用精密压力表和油压传感器测量施加的油压值。试验时，先进行预加载，然后进行分级稳压加载，并记录每级荷载下的应变和最后的破坏荷载。

现将电阻应变片测试结果进行数据处理，得到试验荷载下内、外钢板和混凝土的环向应力变化曲线（见图3～图4）。由图3可见，当荷载较小时，井壁处于弹性阶段，内、外钢板与混凝土内、外缘环向应力近似按它们的弹模比进行分配，其P—σ关系近似成线性变化，可按弹性组合筒公式计算应力，此时，井壁截面的环向应力分布为内缘大、外缘小；当荷载较大，材料进入塑性阶段，井壁截面应力发生重新分配，此时，内缘环向应力增长变慢，而外缘环向应力增长速度明显加快，当井壁临近破坏时，内、外缘环向应力值趋于一致，井壁截面应力呈均匀分布。

由前述计算实例可知， C2模型试件的原型最大支护表土深度为584.10 m，此外荷载标准值为7.0 MPa，荷载设计计算值为10.395 MPa。由图4可见，在这一外荷载作用下，井壁中混凝土内缘的环向应力只有37 MPa左右，仅为极限承载力的1/4～1/3。说明采用本文提出的设计新方法计算的双层钢板高强混凝土复合钻井壁结构，在使用阶段正常工作荷载作用下井壁处于弹性阶段，设计的井壁是安全可靠的。

另外，井壁在临近破坏时，内、外缘混凝土的环向应力逐渐接近，都大大超过了混凝土的单轴抗压强度，如C2模型混凝土立方体抗压强度为71.3 MPa，井壁破坏时混凝土极限应力达到140 MPa。这主要是由于井壁结构中混凝土处于三向受压应力状态下强度提高所致，这与国内、外三轴受压状态下混凝土强度理论研究成果基本一致［11］。

通过对井壁模型试件进行加载试验，最后得到其极限承载力值（见表2）。由井壁截面应力分析可知，双层钢板高强混凝土复合井壁在极限状态下，内、外钢板和混凝土均进入塑性阶段，如不考虑钢板的强化作用，假定钢板为理想弹塑性体，取钢板屈服强度σ_s，则根据井壁结构极限平衡条件和混凝土多轴强度理论推导得井壁极限承载力（P_b）计算式为

P_b=［mR_aA_h +σ_sA_g］/b（4）

式中：b为井壁的外半径；A_g为钢板总厚度；A_h为混凝土层厚度；R_a为混凝土的轴心抗压强度；m为井壁结构中混凝土抗压强度提高系数。

根据式(3)，可反求得井壁模型试件混凝土抗压强度提高系数试验值（见表2）。

由表2可见， C2模型试件的混凝土抗压强度提高系数试验值为2.399，而由前面计算得到其原型井壁内、外缘混凝土抗压强度提高系数分别为1.373和4.186。说明试验值介于井壁内、外缘混凝土抗压强度提高系数计算值之间，这主要是由于在内、外钢板筒的约束作用下，高强混凝土表现出良好的塑性特性，当混凝土内缘局部应力超过其屈服强度后，应力产生重新分配，结构能承受更大的荷载作用。所以，本文提出的设计新方法以井壁内缘混凝土的抗压强度提高系数来进行井壁强度校核，设计结果偏于安全。

5 结束语

通过以上对井壁受力状态分析、现行混凝土结构设计规范运用、实例计算和模型试验结果分析，可以得到以下主要结论。

（1）双层钢板高强混凝土复合钻井井壁结构由于内、外钢板筒的约束作用，中间混凝土层完全处于三轴受压应力状态，混凝土的抗压强度将得到较大程度地提高，而现行该种井壁设计方法并没有考虑到这一点，使得设计的井壁结构并不能反映其真实可靠度。对于500 ～800 m的特厚表土层井筒支护，如仍然采用文献［3］的设计方法，将难以采用钻井法施工。

（2）根据文献［5］关于多轴应力状态下混凝土强度验算的相关规定，提出了双层钢板高强混凝土复合钻井井壁设计计算新方法，它实现了该种井壁结构设计方法与现行混凝土结构设计规范相衔接，各项取值有法可依。

（3）通过实例计算表明，采用这一新方法设计的井壁结构不但安全可靠，而且还可大大降低井壁混凝土强度等级或减薄井壁厚度，解决了特厚表土层钻井井壁的设计技术难题，具有显著的社会经济效益。

（4）模型试验结果表明，采用本文提出的设计新方法计算的双层钢板高强混凝土复合钻井壁在使用阶段正常工作荷载作用下井壁处于弹性阶段，设计结果安全可靠。

目前，该方法已成功地应用于国投新集能源股份有限公司板集煤矿主井、副井和风井三个深、大钻井井筒的井壁结构设计中。

参考文献：

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［10］魏先祥，赖远明．相似方法的原理及应用［M］．兰州：兰州大学出版社，2001：80．

［11］宋玉普．多轴混凝土材料的本构关系和破坏准则［M］．北京：中国水利水电出版社，2002：15．

井壁施工第5篇

1 工程概况

白家海子煤矿是内蒙古鄂尔多斯联海煤业有限公司正在兴建的15 Mt/年特大型矿井,位于鄂尔多斯市乌审旗南部,隶属鄂尔多斯市乌审旗管辖。根据矿井开拓部署和通风安全要求,本矿井共设主井、副井、中央回风井和中央进风井四个立井井筒;其设计净直径分别为9.5 m,10.5 m,7.0 m,6.8 m;井筒深度分别为765 m,755 m,704 m,679 m。根据白家海子矿井提供的井筒检查钻孔资料,白家海子矿井主井、副井、中央回风井、中央进风井井筒自上而下依次穿过的地层为:第四系、白垩系志丹群、侏罗系(安定组、直罗组和延安组)地层。

2 井筒穿过地层的地质及水文地质情况

1)第四系为风积沙层,岩性主要为粉细沙,松散,颗粒级均匀,分选好,沙层厚度大,结构松散;白垩系地层多为紫红色砂岩组成,泥质胶结,弱固结~半固结状,胶结松软;岩石平均抗压强度均小于30 MPa,属软弱岩类岩石;侏罗系地层由砂岩、粉砂岩、泥岩及砂质泥岩和煤层组成,其中安定组、直罗组以泥岩、砂岩为主;延安组以砂岩为主。砂岩多为泥质胶结,少量钙、硅质胶结。侏罗系地层岩石强度一般大于30 MPa,大多为半坚硬类岩石。2)随着深度增加各类岩石强度值也随之增高;岩体完整性中等~较完整,总体中等完整;岩体质量差~中等,总体中等。局部岩石由于受应力作用,岩芯破碎,尤其是泥岩、砂质泥岩类,岩石质量较差。3)井检孔所穿过地层划分四个含水层,其中第四系含水层富水性中等;白垩系含水层富水性中等;侏罗系安定组、直罗组含水层富水性弱;侏罗系延安组含水层富水性弱。4)各井检孔所预计井筒涌水量有较大差异,说明地层富水性不均一,其中白垩系含水层井筒预计涌水量(主井257 m3/h、副井240 m3/h、回风井252 m3/h、进风井257 m3/h)较大,侏罗系地层虽然富水性弱,但井筒涌水量(主井369 m3/h、副井358 m3/h、回风井241 m3/h、进风井235 m3/h)也较大。

3 井筒施工方法及井壁结构设计

3.1 本矿井及相邻矿井地质情况

1)白垩系地层不仅含水较丰富,地层多为紫红色砂岩和粉砂岩组成,弱固结~半固结状,胶结松软。岩石固结程度较低,且胶结物多为泥质,岩层可注(注浆)性较差。虽然岩石完整程度较高,但岩石的抗压强度较低,岩体质量差。2)侏罗系地层多为半坚硬岩层,有三个主要含水层组水量较大。3)井筒开凿后,实际揭露的含水层涌水量与井筒检查钻孔预计涌水量相比,均有一定差异(大多偏大)。4)井筒设计直径大,掘砌速度慢,空帮时间长,围岩涌水较大且岩性差时不仅容易发生片帮等事故,井壁质量也难保证。

3.2 几种特殊凿井施工方法

根据对白家海子矿井井筒将穿过地层的地质及水文地质情况分析,认为白家海子各井筒应采用特殊凿井法施工。

1)冻结法。人工地层冻结法(简称“冻结法”),是利用人工制冷技术使地层中的水结冰,把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地下工程的联系,以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以加固地层。冻结法施工适用于各种不稳定的冲积地层、含水岩层和溶洞、断层等复杂地层;目前,冻结法凿井技术已成为东、西部地区煤矿井筒穿过冲击层、软弱地层含水层时的主要特殊施工方法。冻结法施工主要优点为:适应性强;施工速度快,井筒施工工期相对较短;成井垂直度好,断面利用率高,有利于井筒装备的安装和使用;井筒施工期对环境无污染,噪声小。存在的主要缺点:井筒施工时存在冻结管断裂破坏隐患;受井筒施工方法限制,井内工作条件、混凝土养护条件差等。2)钻井法。钻井法是用大型井筒钻机钻头破碎岩土,用泥浆进行洗井、排碴和护壁,当井筒钻至设计直径和深度后,在泥浆中悬浮下沉预制井壁,然后壁后充填固井的一种机械化凿井方法。钻井法施工适用于各种含水的冲积地层及中等硬度以下的岩层。钻井法施工具有机械化程度高、投资省(与冻结法相比)、井壁在地面预制,质量好等优点;主要缺点为施工速度慢、工期长,有提升设备的井筒需考虑井筒偏斜的影响。3)注浆法。注浆法是利用泵压,通过注浆孔将配置好的、具有充塞胶结性能的浆液灌注到地层的裂隙、空隙和空洞中,浆液经扩散、凝固硬化后,使地层具有更高的强度、密实性和不透水性。注浆法,可分为地面预注浆和工作面预注浆两种注浆方式,其适用条件及优缺点比较如表1所示。

3.3 白家海子矿井井筒施工方法

冻结法和钻井法是目前我国煤矿立井井筒穿过冲积地层及不稳定岩层采用较多、较为成熟有效的两种特殊凿井施工方法。

冻结法、钻井法施工的优、缺点比较如表2所示。

白家海子矿井井筒将穿过的地层中,除上部第四系地层为细砂外,其他均为岩层,除上部白垩系地层为软弱岩层外,侏罗系地层大多为半坚硬类岩石,少量为坚硬岩层;采用钻井法施工坚硬岩层时,施工速度慢、刀具磨损快,成本高;中煤科工集团南京设计研究院、煤科总院建井所、安徽理工大学以及中煤第三建设(集团)有限责任公司四家单位联合对内蒙古鄂尔多斯地区采用钻井法施工立井井筒进行研究论证,结果表明:在本地区,较小直径的井筒采用钻井法施工从理论上、技术上都是可行的,目前正在进一步的研讨、准备实施之中;但对于较大直径的主、副井井筒,在厚度较大的半坚硬(少量为坚硬)岩层的侏罗系地层中钻进,目前钻机性能尚不能完全满足要求。因此,设计认为本矿井井筒尚不适合采用钻井法施工。

所以,对于岩层岩性很差且富水性不均一的白垩系及以下地层,只有采用冻结法或预注浆法进行治理。

白家海子矿井采用注浆法或冻结法施工比较如表3所示。

冻结法封水效果可靠。但由于基岩冻结时间长,费用高,并且在冻结基岩段井壁设计中需考虑由于冻结孔导水等问题,因此冻结基岩段井壁需采用双层井壁结构,不仅增加冻结费用,也增加井筒掘砌费用。所以,基岩段井筒一般宜采用注浆法治水。

但是当岩石为泥质或砂泥质胶结、节理裂隙不发育时,注浆效果一般较差。例如,塔然高勒矿井,采用普通法施工的主、副、风三个立井井筒施工到垂深250 m的白垩系砾岩、中粒或粗粒砂岩地层时,工作面出水达到20 m3/h以上,停工4个月进行工作面注浆,重新开挖后工作面涌水量并没有减少,而且施工到垂深270 m时,涌水量达到60 m3/h以上。由此可见,在白垩系地层采用注浆封水效果较差。

本矿井井筒检查钻孔资料表明井筒将穿过白垩系地层的岩性以砂岩为主,砂岩多为泥质胶结,胶结松软,弱固结~半固结状,岩石抗压强度较低,且该层富水性中等,井筒预计涌水量(主井257 m3/h,副井240 m3/h,回风井252 m3/h,进风井257 m3/h)较大;侏罗系地层,其岩性多为砂岩、泥岩,砂岩多为泥质胶结,胶结松软,仅延安组中有少量钙、硅质胶结。虽然岩石完整性较好,但是由于固结程度一般较低,岩石抗压强度也较低,虽然侏罗系地层的富水性弱,但井筒涌水量(主井369 m3/h、副井358 m3/h、回风井241 m3/h、进风井235 m3/h)较大;因此,井筒若采用注浆法施工,岩层注浆效果较差,存在不确定因素;同时,井筒设计直径大,掘砌速度慢,空帮时间较长,围岩涌水较大且岩性差时不仅容易发生片帮等事故,井壁质量也难以保证。陕西亭南矿井、内蒙塔然高勒矿井等初期采用注浆封堵涌水,但效果较差,后改为冻结法施工;门克庆、葫芦素矿井、察哈素矿井、红庆河矿井、陶忽图矿井、营盘壕矿井等井筒均采用或即将采用冻结法穿过白垩系、侏罗系地层(或部分侏罗系地层)。因此,设计推荐采用冻结法施工本矿井各井筒,以确保井筒顺利施工到底。

即:设计推荐主井、副井、中央回风井、中央进风井井筒采用冻结法施工。

3.4 井壁结构设计

对于硐室以上段井壁,四个立井井筒均采用“双层钢筋混凝土及HDPE塑料夹层”复合井壁,该种形式井壁与地层的相互作用机理为:采用短段掘砌的外层井壁首先要承受冻结压力的作用;井壁浇筑后,井帮的冻结压力作用在外层井壁上;冻结段井筒及外层井壁掘砌完成后,内层井壁自下而上一次砌筑,并在内外壁之间铺设一定厚度的HDPE塑料板(在冻结井筒中,由于内层井壁相对较厚,内层井壁砌筑后,内、外层井壁间将产生一定温度应力,由于外层井壁对内层井壁的约束,使内壁外缘不能自由收缩而造成井壁横向裂缝。因此内、外层井壁间铺设塑料板可减少内、外井壁之间的约束力,防止内层井壁出现横向裂缝);井帮解冻后,在内、外层井壁间进行内、外层井壁间注浆,内层井壁承受内、外层井壁之间的水压,内、外层井壁共同承受永久地压。对于硐室以下段井壁,外层井壁采用锚网喷临时支护,喷层厚度100 mm。井筒施工过程中,由锚网喷临时支护承受井筒冻结压力;井帮解冻后,内层井壁承受内、外层井壁之间的水压。硐室以上内、外层井壁结构形式如图1所示;硐室以下外层锚网喷临时支护、内层井壁结构形式如图2所示。

该井筒井壁结构计算原则如下:

1)内、外层井壁之间塑料夹层设置在硐室以上;2)硐室及硐室以下井壁,外层井壁采用锚网喷临时支护;3)内层井壁计算时,白垩系与侏罗系的相邻地层段,水压折减系数取1.00;硐室以下水压折减系数取0.95;硐室以下至井壁底水压折减系数取0.90;4)根据现行《混凝土结构设计规范》,取混凝土强度提高系数为1.2;井筒底部控制截面处混凝土强度等级最高采用C70。

根据以上计算原则,选用GB 50384-2007煤矿立井井筒及硐室设计规范“6.29条”计算公式:

钢筋混凝土井壁:

其中,t为井壁厚度,m;rn为计算处井壁内半径,m;fs为井壁材料强度设计值,MN/m2;ρmin为井壁圆环截面的最小配筋率;vk为结构安全系数,取1.35;m为混凝土强度提高系数;P为计算处作用在井壁上的设计荷载计算值,MPa。

4 结语

白家海子矿井主、副井井壁结构中,井筒底部井壁厚度分别为1.65 m,1.8 m,属于“大体积混凝土”;大体积混凝土在固化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,产生的温度和收缩应力可能导致混凝土出现裂缝;建议开展对高强高性能混凝土方面的研究。

摘要：以内蒙古白家海子煤矿为工程背景,根据矿井井筒穿过地层的地质及水文地质情况,确定了井筒的施工方法及井壁的结构设计技巧,并对其进行了详细的阐述,以获得最佳的施工效果。

井壁施工第6篇

1 工程概况

夏店井田位于汝州煤田东部, 副井井口设计标高+309.2 m, 井底标高-560.0 m, 井深894.2 m (含井底水窝25 m) , 净直径7.0 m。表土段采用双层钢筋混凝土支护;基岩段, 素混凝土支护;支护厚度500 mm, 混凝土强度为C40。

副井在过平顶山砂岩含水层期间, 采用超前钻探、预留岩帽进行工作面预注浆的施工方案。注浆采用下行式, 即孔内涌水量超过5 m3/h时停止造孔, 提钻注浆, 然后扫孔再注浆, 直至孔深达到设计要求[3]。工作面预注浆采用DQ-50型潜孔钻机造孔探水, 孔深17 m, 高、低帮, 左、右帮各布置1个, 共4个探水孔。如没水, 则允许施工10 m, 超前距不小于7 m;如有水, 则执行注浆措施。依此类推, 直至穿过该含水层。

在井筒371 m段浇筑混凝土期间, 为保证浇筑质量, 埋设导水管7根, 引出井壁淋帮水。在此工作面注浆措施执行、检验有效后, 开始施工下段, 进尺4.2 m。后正常清底出渣, 清底期间, 上段埋设的1根导水管出水量逐步减小, 最后管路因堵塞而停止流水;5 h后, 井筒371 m井壁接茬突然开裂并出现大量涌水, 井筒成井376.3 m, 工作面空帮高度3.5m。经实测瞬时涌水量约264 m3/h (井筒340 m左右位置) , 稳定涌水量约300 m3/h (井筒水排干后) , 造成淹井。随水位抬升涌水量逐渐减小, 淹井深度254 m, 井底有厚约1.5 m的虚渣, 模板下约3.5 m为渣面 (图1) 。

2 地质概况

井筒淹井时所处的层位为二叠系石千峰组砂岩裂隙含水层, 该含水层主要为其下段的平顶山砂岩, 平顶山砂岩为灰—灰白色石英、长石中粒砂岩, 硅质胶结, 次棱角状, 分选性差, 垂直裂隙发育。

该含水层性质为裂隙承压含水层, 埋深310.9~410.8 m, 厚度100 m, 最大涌水量为219 m3/h, 该岩层原始裂隙率为0.06。根据实际揭露情况, 371m处井筒正处在一条贯穿南北方向的纵向裂隙上。井壁接茬为砂岩中部夹杂的一层约200 mm厚的泥岩层。初步推断, 该层砂岩受垂直裂隙影响, 后又因泥岩受流水冲刷, 造出导水通路、导通导水通道所致, 补给水源为砂岩裂隙水[4]。

3 加固截流施工

根据工作面出水情况, 经研究采用井壁隔水墙和壁后注浆加固分截出水源及封堵导水通路相结合的治理方案: (1) 提高井筒排水能力; (2) 处理受损井壁, 导出涌水; (3) 立模打灰构筑井壁隔水墙; (4) 水源点周边注浆加固后, 封堵涌水。

操作流程:搭设操作平台→破除受损井壁及围岩→找出水源点→预留导水管路→构筑井壁隔水墙→水眼泄压→周边加固截流→封堵水源点。

指导思想:“收”、“导”、“泄”、“截”、“堵”。

根据水文地质情况, 将副井井筒371 m水眼点作为处理作业的节点。在滑膜上沿搭设临时工作台, 破除被压裂受损井壁, 找出出水水源点, 即把散水水路归拢收集, 即“收”;根据处理的需要设计理想的水路, 即“导”;预留收水导水设施, 前期导通水源, 排水泄压, 压力外移, 即“泄”;待混凝土凝固期达到设计标准, 周边布置加固孔, 截流分支水源, 消减主水眼水量及压力, 即“截”;封堵主水源点, 即“堵”。以此达到治理突水的目的。

3.1 井筒井壁隔水墙及周边加固截流施工准备

(1) 导水通路及附属构件的制作。找出水源点, 根据现场井壁及水眼规格加工集、排水设施, 并加工临时模板, 预留排水通路。井筒突水事故往往造成井壁及周边围岩的破坏, 自然水路一般比较杂散, 处理比较困难。由现场水眼情况知, 水源来自上部的裂隙水, 在夏店矿副井井筒突水中采取“收”、“导”、“泄”措施, 用6 mm花纹钢板加工一个1.1 m×0.6 m×0.5 m (长×宽×高) 漏斗。

(2) 制订施工隔水墙的质量保证措施及准备相关材料。

(3) 制订加固截流注浆措施、准备相关材料及设备。

3.2 井壁隔水墙施工

(1) 井壁隔水墙施工要点。水源点找出后, 下设集水管路及设施, 前期以疏代堵, 使水压充分释放。突水点岩石一般较破碎或水流量大, 由于隔水墙构筑后, 要留有较长时间凝固期 (10 d) , 在此期间其强度达不到设计值, 不能承受富水压力, 故在此期间以泄压排水为主, 避免对二次支护造成影响, 保证水路畅通不被堵塞成为隔水墙质量好坏、直接影响治水能否成功的关键。要确保隔水墙浇筑质量, 清除结合面的覆岩危岩、收集散水并实施辅助支护至关重要, 可辅以锚网、钢筋支护, 采取提高浇筑混凝土强度等形式来实现。

(2) 井壁破除, 找出导水通道。排水至突水位置, 根据井筒施工时实际揭露的岩石状况考察现场情况, 分析突水水源点岩石分布、岩性、有无构造等现象, 结合井壁受损情况、周边井壁质量等综合考虑, 深入荒断面, 尽量一次准确找出水源点, 避免分析失误而对井壁及围岩造成二次破坏。在井筒371m井壁涌水后, 结合井筒上部施工时揭露的一横贯井筒的斜向断层, 分析确定突水水源的准确位置后, 开始用风镐破除井壁, 在破壁及水源洞挖掘完成后观察, 和分析推测基本一致, 水源点为一直径约1 m的涌水孔洞, 水源自上而下补给, 水量270 m3左右。破壁尺寸:出水洞口弦长9 m, 全段高4.8 m破除, 其余井壁平均破壁段高3.5 m, 壁厚500 mm;水源洞深12 m, 平均高度2.4 m, 宽1.5 m, 开口部位平均高度3.5 m, 平均宽6 m, 深4 m。开口部位上下全段高锚网支护;人工挖掘岩方约145.7 m3。

(3) 隔水墙施工技术环节。突水水源点找出后, 如何收水及构筑物能否承受突水水压成为问题关键。井筒371 m突水后, 在主要出水点埋设2根?76 mm不锈钢管, 为使压力外移, 每根导水管长13 m, 均由2节钢管焊接法兰盘对接而成。不锈钢管上焊接交叉筋增加摩擦。在出水孔内部斜向打6~8根等强锚杆, 确保导水管固定牢固不发生位移, 外端露出井壁;为防止落渣堵塞管口, 在出水部位铺设6片钢笆网, 后放集水漏斗。集水漏斗用等强树脂锚杆固定在岩壁上, 并用快硬水泥封闭水箱所有空隙, 确保涌出水全部从导水管流出。距出水位置4.5, 6.5 m位置各砌1道挡水墙和挡灰墙, 规格分别为:2.2 m×1.4 m (二四墙) , 2.4 m×1.9 m (五零墙) ;快硬水泥铺设墙基及砖墙堵漏, 两墙之间编制钢筋笼并浇筑混凝土充填 (图2) , 有效收集散水, 为下步浇筑井壁隔水墙的质量提供保证。挡墙砌筑完毕, 开始进行井筒 (双层筋) 及水洞开口 (四层筋) 部位编筋, 竖筋扎根于井壁顶底板, YT-28风钻打孔, 孔深不小于300 mm。导水及编筋工作完成, 安装组合模板, 模板加工前根据导水管位置预留导水管孔位。模板立模并找正尺寸后, 以500 mm间距安装预加工井圈加固模板, 防止模板移动。井圈使用螺丝对接, 井壁上打8根锚杆横担井圈, 使用木楔加固井圈与井壁间隙, 确保立模位置模板与井圈完全贴合受力。模板与井圈加固完成后, 水源点周围预埋注浆管, 便于后期加固截流。浇筑充填C50混凝土 (设计C40) 进行复壁。复壁完成后, 利用隔水墙10d凝固期, 转入上部井壁壁后注浆。

3.3 水源点周边加固截流

(1) 操作要点。当井壁不能承受水压时, 便发生突水, 在周边注浆加固环节中, 布孔位置及质量是关键, 施工中应熟悉井筒每段所处的围岩地质状况, 依据岩层走向及纹理, 结合实际找出的水源点分布状况, 有针对性地布设周边加固孔, 由远及近, 深浅交替, 采取不同形式消减突水压力及流量[5]。此部分注浆期望能达到2个目的: (1) 加固突出水源周边围岩及井壁; (2) 通过高质量孔的布设, 从周边使主水源消减, 重点外移, 从而解决矛盾。

(2) 关键环节。在出水点预埋的2根主导水管上安装?76 mm阀门。首先注浆封堵集中导水管处预埋收集散水的胶管, 以封堵散水及加固水眼周围井壁, 待加固完成后, 选择一导水管注浆堵水, 另一导水管作泄压孔, 若泄压孔漏浆则逐步关闭阀门, 直至阀门封堵牢固、堵水充填岩体裂隙密实。注浆期间认真观察注浆压力及井壁状况, 注浆压力不得大于5 MPa。2012年8月19日零点班对导水管周边部位通过预埋或新造孔对井壁加固注浆。8月23日10:30经现场观测论证后, 对主导水管进行注浆 (左边一导水管作为注浆孔, 右边导水管作为泄压孔) 。在泄压孔漏浆后, 逐步关闭泄压孔上大阀门, 进行封孔注浆。8月25日15:00, 注浆压力达到14.5 MPa, 达到终孔要求封孔。至此夏店矿副井井筒371 m井壁突水处理结束。在此期间井壁加固打孔54个, 凿孔深度270 m, 注浆总消耗P.O42.5普通硅酸盐水泥51.2 t (其中通过两76 mm导水管注浆消耗水泥42.6 t) ;消耗水玻璃23.04 t。

(3) 注浆加固截流材料用量及计算。采用深浅孔结合, 上、下行注浆, 五花形布置, 孔间排距均为2.0 m, 沿隔水墙上下2~5 m (共6 m) 布置。深孔2.5 m (如确切掌握了水源内部构造, 可调整凿孔深度, 找出出水位置注浆封堵) , 浅孔1.5 m, 于井壁薄弱及明显出水点处造孔注浆。考虑平顶山砂岩地质的复杂性和各向异性、裂隙产状、浆液基本性能, 浆液扩散半径取2.0 m。注浆量Q按式 (1) 计算:

式中, v为注浆加固的岩石体积, 经计算为974.97m3;n为砂岩的孔隙率, 取0.04;a为浆液的损失系数, 取1.3。

代入数据计算得Q=50.69 m3。

水玻璃用量W=1.318 t;水泥用量T=35.48 t。

4 效果分析

夏店矿副井井筒发生突水淹井, 按传统方法施工混凝土止浆垫治理井筒突水需70 d, 而采用该技术只用了21 d就恢复了生产, 节约工期49 d, 一次性治水成功。工程质量达到要求, 治水快速有效, 取得了较好的经济和社会效益。

该技术适用于不同直径、不同涌水量、不同淹井深度的立井井筒突水处理, 比传统突水治理技术有明显优势[6]。现将井壁隔水墙与水源点周边加固截流施工关键技术与传统突水治理效果进行分析。

(1) 井壁隔水墙及水源点周边加固截流技术。直接找出水源点, 构筑立式隔水墙, 采用“引”、“泄”、“截”、“堵”的施工工艺, 达到治水目的。直接构筑井壁隔水墙为永久支护, 构筑时间短。隔水墙质量控制简单, 施工质量容易保证, 治水预期易于掌控。

(2) 抛渣回填处理。静水抛渣, 高水柱压力下连续注浆, 将水挤走, 自行结石, 胶结骨料, 将井壁四周及出水部位充填密实, 达到封水目的。抛渣、注浆构筑止浆垫工期长, 回填部分及原已施工的井壁在施工时要二次破坏、浇筑。抛渣段注浆质量难以控制, 止浆垫强度及封水难以保证。

(3) 强排水后施工混凝土止浆垫。进行强行排水, 然后在工作面构筑混凝土止浆垫。排水及构筑止浆垫工期均较长, 后期止浆垫需破除。止浆垫质量难以控制, 强行排水易造成地表沉降和井壁坍塌。

5 结语

该技术针对当前棘手的立井井筒突水事故, 提出了治理突水的新理念及新方法, 以创造良好的注浆条件为前提, 以传统的防治水理论为基础, 结合现场实际, 运用机动灵活的处理工艺, 实现对突水事件的治理。

(1) 提倡了新的治水理念。在处理突水事件的过程中, 转变了传统的一味以“堵”、“截”为主导的治水思想, 提供了一种新的先“引”、“泄”, 再逐步截流, 后“封堵”的治水思维的缓冲理念。

(2) 采用新的处理突水技术。该技术不仅操作灵活, 简单明了, 而且更有预见性, 大大缩短了处理应急事件的时间, 提高了处理意外事件的成功率。

(3) 避免了传统的治理突水工艺所造成的二次投入。采用井下打止浆垫、回填注浆等技术时, 止浆垫及回填部分需重新破除并支护, 而该技术利用永久支护作为治水构筑物, 对缩短工期及节约成本具有特殊意义。

参考文献

[1]高志刚.地面注浆堵水充填骨料工艺技术[J].煤矿开采, 2005, 10 (4) :78-79.

[2]孙尚云.井下水文钻孔施工及突水治理工程实践[J].煤炭技术, 2007 (12) :86-87.

[3]国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京:煤炭工业出版社, 2009.

[4]张文山, 王刚.近含水层工作面防治水施工技术[J].中州煤炭, 2013 (9) :89-90, 92.

[5]周兴旺.注浆堵水加固技术及其应用[M].北京:煤炭工业出版社, 1998.

立井筒井壁加固工程技术第7篇

关键词：立井筒,井壁加固,安全隐患

鹤壁中泰矿业公司 (原鹤壁四矿) 1955年建井, 1982年投产, 原设计生产能力45万t/a, 1992年扩建生产能力增至90万t/a, 现实际生产能力150万t/a。开拓方式为立井、暗斜井, 井底标高为-51.0 m, 井口标高+233.4 m, 井筒深284.4 m。由于年产量的增加和井筒服务年限较长, 溜煤道的原煤长期对主井仓壁冲刷撞击, 致使主井煤仓与主井筒出现透口, 使部分原煤漏入主井筒, 给矿井安全生产造成威胁, 严重影响了矿井的正常生产。鉴于以上情况, 对立井筒井壁实施加固。

1工程概况

(1) 主井筒 (承担提煤任务) Ø6.0

m, 深284.4 m, 井口标高+233.4 m。永久锁口为钢筋混凝土, 其下井壁为方整石砌筑, 方整石井壁厚0.4 m。

(2) 煤仓为半圆拱形, 锚网支护, 内径4.3

m, 厚0.3 m。

(3) 主井筒与主井煤仓相切点位置长期受煤中杂物冲击而贯通, 面积约1

m2。

2施工前期工作

(1) 施工准备。

①施工前, 技术人员应熟悉施工方案, 编制详细的技术交底并且交付参与施工的员工。②成立管理小组, 明确职责, 运用科学的管理手段, 进行精干、优质、高效的施工。③材料、半成品、构件按设计要求注明其规格、数量和供应时间, 提前准备, 以免影响正常施工。④合理安排施工现场, 保证构件及材料顺利进场, 能正常施工。

(2) 施工用水、用电。

开工前将水源、电源接入施工地点。

(3) 临时设施。

在井口附近搭建临时设施, 堆放材料、半成品和构件。

3施工顺序

(1) 清理基层。

用水冲洗浮煤, 剔凿原有的混凝土和岩石, 露出新的混凝土和岩石。

(2) 置入锚杆和钢筋网、笼。

先在贯通处四周溜煤道与主井筒透口内固定加工好的网架, 网架由Ø6 (8) mm圆钢绑制而成;再在主井筒透口上、下方打Ø20 mm×1.0 m金属树脂锚杆, 锚杆外露200 mm;并挂金属大眼网, 绑结Ø10 mm圆钢, 其绑结形成的网罩与透口内网罩绑在一起, 在贯通口放置钢筋网、笼, 钢筋网、笼均与锚杆绑扎连接。

(3) 支模。

内外支模, 外模为150 mm组合钢模板;内模为2 mm钢板。

(4) 浇筑灌浆料。

该工程采用CGM灌浆料 (早强型) , 它以特种水泥作为结合剂, 特选高强度材料为骨料, 辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成。

4施工工艺

4.1钢筋工程

(1) 施工现场设钢筋加工棚, 集中下料加工成型。钢筋进场后要严格按照有关要求对钢筋进行检验, 必须有出厂合格证及复试报告, 合格后方可进行加工使用。

(2) 钢筋绑扎的交叉点应采用铁丝扎牢。钢筋网除靠近外围2行筋的相交点全部绑扎外, 中间部分的相交点可以相隔交错扎牢, 但必须保证受力钢筋不发生位移, 双向受力筋须局部扎牢。

(3) 钢筋安装前, 应将基层及模板内的施工垃圾清理干净。

(4) 绑扎钢筋的工序属于隐蔽工程, 应做好隐蔽工程记录。

4.2模板工程

(1) 模板表面应涂刷隔离剂, 要保证尺寸准确, 支撑牢固, 能可靠地承受混凝土的重力及浇灌混凝土时产生的侧压力, 模板应接缝严密, 不得漏浆。

(2) 模板安装要求位置必须准确, 安装牢固。安装过程中注意体系的稳定性, 必须采取固定措施, 以防倾覆。安装时应考虑拆模方便, 混凝土浇筑过程中应经常检查模板是否位移、下沉等。

(3) 模板运到现场后, 按类按套分别堆放。安装前应作好标记。墙模板安装时, 先安装内侧模板, 当钢筋绑扎好后, 立外侧模板, 找正找直后向顶撑。

(4) 在保证其混凝土表面及棱角不因拆除模板而受损坏、强度达到2.5 MPa时, 可拆除不承重的模板, 其原则是谁安装谁拆除。模板拆除顺序为先支的后拆, 后支的先拆。

4.3混凝土工程

混凝土工程施工工序为搅拌、运输、浇筑和养护等。

(1) 高位漏斗法灌浆。

由于CGM具有很好的流动性, 该工程采用“高位漏斗法灌浆”, 以确保浆料能充分填充各个角落。

(2) 灌浆料的搅拌。

按产品合格证上推荐的水料比确定加水量, 拌和用水应采用饮用水, 水温5～40 ℃为宜。人工搅拌时, 宜先加入用水量的2/3搅拌2 min, 其后加入剩余水量继续搅拌至均匀。

(3) 灌浆施工时要求。

①浆料应从一侧灌入, 直至另一侧溢出为止, 使灌浆充实, 不得从四侧同时灌浆。②灌浆开始后, 必须连续进行, 不能间断, 并尽可能缩短灌浆时间。③在灌浆过程中不宜振捣, 必要时可用竹板条等进行拉动导流。④每次灌浆层厚度不宜超过100 mm。⑤灌浆过程中如发现表面有泌水现象, 可布撒少量CGM干料, 吸干水分。⑥在灌浆层厚度大于1 000 mm的大体积混凝土灌浆时, 可在搅拌灌浆料时按总量比1∶1加入0.5 mm石子, 但需试验确定其可灌性, 判断其是否达到要求。⑦灌浆完毕后, 要剔除的部分应在灌浆层终凝前进行处理。 ⑧在灌浆施工过程中直至脱模前, 应避免灌浆层受到振动和碰撞, 以免损坏未硬化的灌浆层。⑨灌浆中如出现跑浆现象, 应及时处理。

(4) 养护。

①灌浆完毕后30 min内, 应立即喷洒养护剂或覆盖塑料薄膜并加盖岩棉被等进行养护, 或在灌浆层终凝后立即洒水保湿养护。②养护措施应符合GB 50204《钢筋混凝土工程施工验收规范》的有关规定。③应注意在不同温度条件下养护时间和拆模时间不相同。日最低气温在-10～0, 0～5, 5～15, ≥15 ℃ 时, 其拆模时间分别为96, 72, 48, 24 h, 养护时间分别为14, 10, 7, 7 d。

4.4脚手架

脚手架必须有足够的坚固性和稳定性, 保证施工期间在允许荷载的条件下不产生变形、倾斜或摇晃, 确保施工人员的人身安全。

5技术组织措施

(1) 工程质量。

①须根据施工现场的实际情况, 适时调整灌浆料水灰比, 确保混凝土强度符合规定。②施工中要认真做好隐检、预检和自检, 并且填写隐蔽工程记录。③钢筋和预埋件绑扎完毕, 要经有关人员验收后, 方能支模。④模板要平整、支撑牢固、拼缝严密, 拆模时应避免混凝土表面或侧模受损, 防止整块下落伤人。

(2) 文明施工。

成立由负责生产、安全的有关人员组成的文明施工领导小组, 全面负责文明施工的管理工作, 对施工进行科学化、标准化管理。施工现场文明施工措施:①工地出入管理。对施工现场进行“封闭式”管理, 设置专人看守, 严禁非施工人员进入施工现场。②施工现场管理。督促施工人员做到工完场清, 废料清净, 不野蛮施工。③现场标志。标牌要求做到醒目、平整。④物料管理。灌浆料露天存放应做到防雨、防潮, 钢筋应按品种规格、长短分别存放, 模板按规格型号、长短堆放整齐。

6结语

(1) 安全生产。

通过对主井壁漏煤口的封堵, 控制了主井筒漏煤现象, 消除了矿井安全生产隐患。

(2) 经济效益。

煤矿立井冻结井壁结构设计第8篇

冻结法凿井在煤矿特殊法建井中具有明显优势, 既能用于不稳定的含水层, 又可用于基岩含水层, 既可以用于立井, 又可应用于斜井及风道口工程, 适用性强, 安全可靠, 经济合理, 工期有保证[1]。根据新建矿井河南天中煤业有限公司安里煤矿的地质资料及井检孔资料, 矿主、副井处冲积层厚度较厚, 井筒设计考虑采用冻结法施工。

1 矿井概况

河南天中煤业有限公司安里煤矿为新建矿井, 煤矿位于河南省驻马店市确山县东约12 km处, 距驻马店市约25 km, 距汝南县约25 km, 属确山煤田。井田内地层由下而上为奥陶系马家沟组、石炭系上统本溪组和太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、古近系、新近系、第四系[2]。

该区属淮河北部冲积平原, 地形平坦。根据安里矿的勘探资料和主、副井的井检孔资料情况, 第四系及上第三系地层厚度为329.80~434.80 m, 平均厚391.57 m, 主、副井井筒处地层厚度约412 m, 地层主要由粘土、砂质粘土、钙质粘土以及砂砾石层组成。由于砾石层含水性较强, 而粘土可塑性较强, 具有遇水膨胀、失水收缩的特性, 故矿井表土段采用特殊凿井法施工。

2 井筒施工方法的选择

根据国内的技术现状, 井筒常用的施工方法有冻结法和钻井法。这两种方法目前都是通过地质条件复杂的深厚冲积层凿井最为有效的方法。冻结法和钻井法相比, 施工费用基本相同, 但钻井法施工存在成井速度低、地面预制井壁和储存泥浆的临时占地大, 且影响永久建筑、井下开凿马头门和装载硐室无法避免对预制井壁的破坏、井筒存在偏斜等问题。因此, 根据国内同类条件的矿井特殊凿井施工经验, 确定安里煤矿主、副井筒表土段的施工均采用冻结法施工。同时, 考虑到主、副井筒基岩段涌水量不大, 确定基岩段的施工采用普通钻爆法施工。

3 井壁结构的设计

河南天中煤业有限公司安里煤矿主、副井设计均采用冻结凿井法施工, 井壁结构的设计方法基本相同, 文章主要以主井为例探讨冻结井壁的结构设计。

3.1 设计原始资料

(1) 主井井筒净直径5.0 m, 井口永久标高+66.0 m, 地面自然标高+63.73 m。井筒锁口长度为8 m。

(2) 据井筒检查孔资料, 表土层垂深415.24 m, 基岩风化段起止深度为415.24~428 m。

(3) 采用双层钢筋混凝土冻结法施工, 井壁中央加聚乙烯塑料板, 外层井壁与冻土之间铺设50~75 mm厚聚乙烯苯泡沫塑料。

3.2 计算原则

(1) 冻结井壁计算原则是内外层井壁分层计算, 内层井壁按静水压力计算, 外层井壁按承受冻结压力计算, 全井筒按水土压力校核并适当考虑负摩擦力作用。

(2) 静水压力计算公式为:

式中P水—井壁设计处静水压力, MPa;

H—计算处的深度, m。

(3) 冻结压力P冻按表1选取计算[3]。

(4) 水土压力P按重液计算, 计算公式为:

(5) 内、外层井壁分段原则上应一致, 但混凝土的设计强度等级可根据设计要求确定, 取值可不同。

3.3 井筒的冻结深度

根据矿井的井检孔资料, 冻结的深度确定为463 m, 进入到厚度为3.75 m的中粒砂岩内, 壁座落底绝对标高为-395.0 m (相对标高为-461 m) 。

3.4 井壁厚度的确定及环向稳定性验算

根据国内同类条件矿井的特殊凿井施工经验, 该矿主井井筒冻结段井壁结构设计采用塑料夹层双层钢筋混凝土复合井壁结构形式。井筒设计直径为5.0 m, 内、外井壁结构厚度设计采用厚壁圆筒拉麦公式。

内层井壁厚度按下式计算:

其中fcz=0.9· (fc+μmin fy)

式中h1—内层井壁厚度, mm;

r—井壁设计净半径, m;

fcz—内层井壁钢筋与混凝土综合强

vk—内层井壁受均匀水压时的结构安全系数, 取1.35;

p水—内层井壁设计处的静水压力标准值, MPa;

fc—混凝土轴心抗压强度设计值, MPa;

μmin—井壁圆环截面最小配筋率, 按规范取值;

fy—钢筋抗拉、压设计强度值, MPa。

外层井壁厚度按下式计算:

其中f′cz=0.9· (fc+μmin fy)

式中h2—外层井壁厚度, mm;

f′cz—外层井壁钢筋与混凝土综合强度, MPa;

P冻—冻结压力, MPa;

v′k—外层井壁设计荷载系数, 取1.05;

其他符合意义同上。

根据式 (3) 、 (4) 计算, 得出不同深度内、外层井壁厚度及混凝土强度等级如表2所示。

根据表2中内外层井壁厚度及混凝土强度等级, 对不同深度的井壁设计强度值环向稳定性进行验算, 得出井壁结构的设计强度值均大于井壁受到的综合应力, 井壁的强度符合要求, 因此井壁的环向稳定性得到保证, 符合相关要求。

3.5 壁座设计

根据《煤矿立井井筒及硐室设计规范》要求, 冻结法凿井井筒掘砌的底部必须将一定高度的内、外层并整体浇筑作为壁座。按整体浇筑段抗剪力与内层井壁重量相平衡计算, 同时考虑壁间注浆封浆要求, 计算壁座高度和整体浇筑段的高度均为12 m, 因此, 壁座设计高度取值为12 m。

3.6 井壁纵向可缩性接头设计

考虑后期地层沉降对井壁的影响, 在井壁结构设计中, 除考虑地层水平方向的水、土侧压力之外, 还考虑地层沉降引起的竖向附加力。选用可缩装置使竖向可缩井壁既能在竖向可压缩, 使竖向附加力得到释放, 又能保护井壁不破坏[4]。

据井筒检查孔资料, 表土层垂深415.24 m。由于主井井检孔位于主井东北15 m, 按照岩层倾角推算, 相对同一岩层主井井筒中心处标高比主井井检孔处标高抬高约2.8 m。此次设计在内层井壁中放置二个可压塑层, 每个可压塑层高度为500 mm。一个可压塑层放置在表土与基岩交界处的风化带岩层内内层井壁中, 底板深度为-415 m (相对标高) , 另一个可压塑层放置在距-415 m可压塑层50 m处的砂质粘土地层内层井壁中, 底板深度为-365 m (相对标高) 。

3.7 基岩段井壁结构设计

根据井检孔的资料显示, 基岩段工程地质特征较稳定, 中厚层至厚层软硬岩互层结构, 属中等稳定地段, 发育水平层理及斜层理, 岩层致密, 强度较高。

基岩段井筒位于相对稳定的围岩中, 考虑施工条件, 设计采用普通钻爆法施工, 井筒的支护采用单层素混凝土。井筒冻结段内外层井壁在壁座处合并的厚度为1 300 mm, 厚度较大, 因此井筒进入基岩段单层素混凝土井壁后需要一段过渡段, 设计考虑此段的长度为18 m, 井壁厚度为800 mm, 混凝土的强度等级为C70。根据规范和经验正常基岩段井壁厚度设计取500 mm, 混凝土的强度等级为C40。

3.8 井壁结构设计及计算结果

根据以上计算, 主井井壁结构分段长度、壁厚、混凝土强度及配筋参数如表3所示。

注:所有钢筋均为HRB335钢筋, 经验算各分段的配筋率符合规范有关规定。

内、外层井壁间夹层聚乙烯塑料板层厚度选择如表4所示。

井筒外壁泡沫塑料板层厚度选择如表5所示。

河南天中煤业有限公司安里煤矿主井目前已经施工完毕, 从现场反馈的信息来看, 所设计的外层井壁能承受住冻结压力的作用, 没有出现破坏的现象, 得到了建设单位的认可。

4 结论

河南天中煤业有限公司安里煤矿主井冻结井壁结构的设计主要采用了厚壁圆筒拉麦计算公式, 设计中为减少井壁的厚度, 曾采取了提高混凝土强度的措施对井筒内、外侧壁厚进行了优化。目前该矿的井筒已经落底, 并通过了有关单位的验收。此项设计不仅满足了建设单位的要求, 同时, 也为同类型的矿井立井冻结井壁的设计提供了借鉴。

参考文献

[1]张荣立, 何国伟, 李铎.采矿设计手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2003.

[2]江苏煤炭地质勘探二队.河南省确山煤田安里井田勘探报告[R].徐州:江苏煤炭地质勘探二队, 2008.

[3]中华人民共和国建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.煤矿立井井筒及硐室设计规范[M].北京:中国计划出版社, 2007:34.

井壁监测数据自动录入及分析第9篇

关键词：井壁监测,excel,电子表格,公式,自动录入,数据分析

为防止井壁破裂灾害保证井筒安全, 往往需要在井壁上布设了许多的传感器, 以实现对其状态进行监测。以兖矿集团济三煤矿为例, 主井、副井、风井中共布设了应变计 (竖向、水平) 、应力计、罐道间隙位移传感器、卸压槽压缩位移计五种类型的传感器[1], 共计164个。每次观测完, 都必须按指定的格式将所有传感器所测到的数值输入到execel表格中, 并对其进行分析, 找出变化规律, 指导其维护。这164个传感器, 共测得164个数据, 共计1000个左右的字符。由于每月必须上报分析结果, 所以每月至少将这1000多个字符输入到电子表格一次, 并分析出结果[2], 工作量很大、很繁琐、很容易出错, 而且月月如此, 常年如此。如果能借助excel电子表格, 通过编写公式的方式实现数据的自动录入及分析, 将会大大提高工作效率及输入数据及数据分析的准确率。下面以济三煤矿副井竖直应变为例来介绍一下数据自动录入及分析的方法。

1 数据录入

1.1 将txt格式数据文件粘贴到工作表

济三矿所采用的是FWC2000井壁监测系统, 可以提供出txt格式数据文件。每月井壁监测副井共测出两个文件, 可将其名分别为“副1”及“副1、2” (因为系统不能一次测出全部数据, 故分两次测出, 文件名中数字为单元号) 。

由于在txt格式数据里面无法实现垂直选取一列, 所以必须通过Word转换一下。将上面两文件中全部数据粘贴到Word空文档 (此文档仅作转换之用可不必保存) 里面, 为能放开源文件数据一行而不破坏其原有格式, 应将Word空文档页面设置为横向。然后, 按住“alt”键用鼠标垂直选取“设计编号” (传感器名称) 一列, 并将其粘贴到事先打开的空excel文档的A列, 用同样的方式垂直选取“测值结果”一列将其粘贴到空excel的B列, 使其紧挨“设计编号”一列。最后, 将观测时间从txt里粘到“测值结果”的上面。

如图1所示, 在设计好格式的未输入数据的名为“井壁监测直统计表” (篇幅所限此处仅副井竖向应变部分) 工作簿中, 插入两个工作表并将其重命名为“副1”、“副1.2”。

1.2 编写公式

如图1所示, 数据复制完后, 可在8月份的数据列中编写公式, 具体如下:

D6~D9单元格:

公式=工作表名!单元格名

上式中:工作表名为D6~D9单元格所应填入数据在该工作簿中的源数据所在的工作表的名称, 单元格名为该源数据在源工作表中单元格的名称。

以下为副井8月份竖向应变值所对应的单元格的公式:

D 6单元格:公式=副1!G 3

D 7单元格:公式=副1!G 11

D 8单元格:公式=副1!G 19

D 9单元格:公式=副1.2!G 7

G 6单元格:公式=副1!G 5

G 7单元格:公式=副1!G 13

G 8单元格:公式=副1!G 21

G 9单元格:公式=副1.2!G 9

J6单元格:公式=副1!G 7

J7单元格:公式=副1!G 15

J8单元格:公式=副1.2!G 3

J9单元格:公式=副1.2!G 1 1

M6单元格:公式=副1!G 9

M7单元格:公式=副1!G 17

M8单元格:公式=副1.2!G 5

M9单元格:公式=副1.2!G 1 3

1.3 自动录入

8月份的公式编好后, 以后各月的监测值输入均可实现自动录入。下面以9月份的数据录入为例介绍一下方法。

9月份的txt数据出来后, 可按“一”中介绍的方法将其粘到“井壁监测值统计表”工作簿中, 确保传感器编号与测值一一对应。

用鼠标点选D6, 当鼠标放在D6上鼠标显示为空心十字时, 按左键垂直往下拖至D9释放, 选取D 6:D 9, 该区域呈现蓝色。然后将鼠标移至蓝色区域边框的右下角, 当鼠标显示为实心黑色十字时, 按住鼠标左键往右拖至E9, 蓝色区域也将E6:E9覆盖, 此时所要输入的数据已自动显示出来了。

用同样的拖动方法使H6:H9, K6:K9, N6:N9单元格所要输入的数据自动显示出来。

2 数据分析公式编辑

数据录入完毕后, 应进行数据分析, 即求出本月相对上月的升降量、应变绝对值的最大值及应变 (正的为拉否则为压) 的变化规律。

2.1 求升降量

(1) 输入公式。

如图2所示, F6单元格:公式=E6-D6

(2) 粘贴公式。

选取F6单元格, 点右键选“粘贴”, 点I6单元格, 按住“Ctrl”依次点L6、O6单元格, 松开“Ctrl”, 将鼠标放在任一选定单元格上, 点右键选“粘贴公式”。

(3) 拖动复制公式。

选F6, 将鼠标至其边框的右下角, 当鼠标显示为实心黑色十字时, 按住鼠标往右拖至F9。用同样的拖动方法编写I7:I9, L7:L9, O7:O 9单元格的公式。

2.2 求绝对值的最大值

如图2所示, 在C11单元格输入文本“绝对值最大值”。

E11单元格:公式=IF (A B S (MA X (E6:E 9, H 6:H 9, K 6:K 9, N 6:N 9) ) >A B S (M I N (E 6:E 9, H 6:H 9, K 6:K 9, N 6:N 9) ) , A B S (M A X (E 6:E 9, H 6:H 9, K 6:K 9, N 6:N 9) ) , A B S (M I N (E 6:E 9, H 6:H 9, K 6:K 9, N 6:N9) ) 。

输完公式同时按shift+enter+ctrl。

2.3 压应变的变化规律

由于, 副井数值应变压应变13个, 远大于拉应变3个, 可采取压应变编公式的方法分析。

2.3.1 求升降量变化范围

首先, 需要求出升降量的变化范围, 即求出升降量的最值, 如图2所示。公式如下:

(1) 最小值。

在C12单元格输入文本“变化量最小值”。

F12单元格:公式=MIN (MIN (IF (E6:E9<0, F 6:F 9) ) , M I N (I F (H 6:H 9<0, I 6:I 9) ) , MIN (IF (K6:K 9<0, L6:L9) ) , MIN (IF (N6:N 9<0, O 6:O 9) ) 。

输完公式同时按shift+enter+ctrl。

(2) 最大值。

在C13单元格输入文本“变化量最大值”。

F13单元格:公式=MA X (MAX (IF (E6:E9<0, F 6:F9) ) , MA X (I F (H 6:H 9<0, I6:I9) ) , MA X (I F (K 6:K 9<0, L6:L9) ) , MA X (IF (N 6:N 9<0, O 6:O 9) ) 。

输完公式同时按shift+enter+ctrl。

2.3.2 求变化趋势及平均变化值

然后求出升降量的平均值并根据其值分析出变化趋势。拉应变均值大于零呈升高趋势反之则为降低趋势, 压应变得出的结果与之相反。

平均值的求法公式如下。

如图2所示, 在C14单元格输入文本“变化量平均值”。

F14单元格:公式=AVERAG E (AVERA G E (IF (E6:E9<0, F6:F9) ) , A VER AG E (IF (H6:H 9<0, I6:I9) ) , A V ER A G E (IF (K 6:K 9<0L 6:L 9) ) , A V E R A G E (I F (N 6:N 9<0, O 6:O9) ) )

输完公式同时按shift+enter+ctrl。

2.4 拉应变的变化规律

由于拉应变仅三个数值, 编公式过于繁琐 (当然也可按3的方法编写) , 可采用设置条件格式的方法使变化量区别显示于压应变变化量, 其变化范围可直接看出, 其均值可运用AVERGE函数求出。

条件格式的编法:

选定F6:F9, 点【格式】→【条件格式】→条件1框内选“公式”→右边框内输入“=E6>0”→点【格式】→在“颜色”框中选“红色”→点“确定”。

选I6:I9, 按住“ctrl”, 选L6:L9、O6:O9→在其上点右键选“选择性粘贴”→点“格式”。

这时, 拉应变变化值已显示为红色。

3 以后的数据分析

数据分析公式编好后, 仅拖动几下鼠标便可得出以后的数据分析结果。现已10月份为例介绍一下具体方法。

在图2中“升降量”的左右各插入一列, 用一、3中所述方法录入数据。

选取G6:G9, 将鼠标至其边框的右下角, 当鼠标显示为实心黑色十字时, 按住鼠标往右拖至下一列, 这时10月份v1的升降量便自动求出, 条件格式亦被自动复制。同样的方法求出其余各升降量。

分别选取E11、F12、F13、F14将鼠标至各自边框的右下角, 当鼠标显示为实心黑色十字时, 按住鼠标往右拖至下一单元格, 这时压应变各分析值都已自动求出。