常雙棟

（永城煤電控股集團(tuán)有限公司 陳四樓煤礦，河南 商丘 476600）

1 概 況

1.1 井筒基本情況

陳四樓煤礦副井井筒檢查期間，檢查發(fā)現(xiàn)井口向下-190 m 位置（與50 號(hào)管道梁齊平）西北至東北方向5 m 范圍內(nèi)井壁有兩處漿皮張口，隨即將張口漿皮掰掉，漿皮總面積長(zhǎng)1 500 mm、高600 mm、厚70 mm，漿皮脫離后有1 處裸露鋼筋，露筋長(zhǎng)度約50 mm。出水點(diǎn)沿漿皮開裂處成橫向線狀分布，多點(diǎn)出水，清水不含沙，涌水量約1 m3/h，近期連續(xù)觀測(cè)，開裂程度無(wú)明顯變化，出水點(diǎn)水量無(wú)明顯變化，水質(zhì)無(wú)變渾濁情況。經(jīng)過對(duì)破壞地點(diǎn)及現(xiàn)狀進(jìn)行分析后得出結(jié)論，井壁破壞出水的原因是井下常年進(jìn)行采掘活動(dòng)，導(dǎo)致井下水位下降。

陳四樓煤礦副井于1991 年2 月20 日開工建設(shè)，1992 年9 月20 日竣工。井筒凈直徑6.5 m，井筒深度501.3 m，其中表土段厚度為374.5 m，采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度435 m，采用雙層鋼筋砼塑料夾層復(fù)合井壁，井壁厚度0.45～1.8 m（其中，0～125 m：內(nèi)壁厚400 mm、外壁厚500 mm；125～253.9 m：內(nèi)壁厚700 mm、外壁厚750 mm；353.9～374.5 m：內(nèi)壁厚900 mm、外壁厚900 mm；基巖段壁厚450 mm）。

截止工程施工前，陳四樓副井立井兩次修復(fù)，第一次修復(fù)為1999 年采用“破壁注漿+架設(shè)井圈”的修復(fù)方法，并于井口下累深320 m 和345 m 位置開挖兩道泄壓槽；第二次修復(fù)為2018 年采用“注漿堵水”的修復(fù)方法，修復(fù)井深92、186、320 m及搖臺(tái)南北側(cè)出水的位置。

1.2 地質(zhì)條件

井壁破裂段對(duì)應(yīng)內(nèi)層井壁厚度700 mm，外層井壁厚度750 mm，井壁混凝土標(biāo)號(hào)為500 號(hào)，為上第三系上新統(tǒng)下段地層，巖性為泥質(zhì)粉砂、細(xì)砂，泥質(zhì)粉砂層厚2.54 m、細(xì)砂層厚7.32 m；上部為12.9 m 細(xì)砂，下部為6.93 m 泥質(zhì)粉砂。副井井壁破裂段地質(zhì)柱狀如圖1 所示。

圖1 副井井壁破裂段地質(zhì)柱狀圖Fig.1 Geological histogram of fracture section of auxiliary shaft wall

1.3 水文地質(zhì)

井筒表土段有12 個(gè)含水砂層，總厚86.34 m，大致可分為4 個(gè)含水層段。

（1）第一含水層：第四系全新統(tǒng)潛水含水段，深0～30 m，淺部以大氣降水直接入土，地下水位距地表2 m 左右，豐水期地下水位高，旱季低。

（2）第二含水層：孔隙承壓微弱—中等含水層，埋深30～90 m，水位標(biāo)高30.54 m。

（3）第三含水層：孔隙承壓含水層，埋深90～260 m，水位標(biāo)高28.81～30.90 m。

（4）第四含水層：孔隙承壓微弱中等含水層，埋深260 m-基巖，水位標(biāo)高31.93～35.08 m。

2 井筒修復(fù)方案

根據(jù)近年來永城地區(qū)數(shù)個(gè)井筒表土段井壁破壞區(qū)成功修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，計(jì)劃采取如下井壁修復(fù)方案：清理井壁—井壁架井圈+C60 灌漿充填支護(hù)—22 kg/m軌道梁豎向固定井圈—井壁夾層注漿加固。根據(jù)井壁破裂情況及地質(zhì)情況，擬定支護(hù)加固段8 m，注漿加固段9 m。

根據(jù)礦井內(nèi)實(shí)際情況，將副井寬罐籠改造成施工工作盤。將所需施工材料按施工工序依次進(jìn)場(chǎng)，施工小型配件或灌漿料、水泥等易潮濕運(yùn)至副井井口房?jī)?nèi)，井圈、網(wǎng)片等大型鋼制構(gòu)件運(yùn)至副井口房附近的裝料區(qū)，分類碼放，并用防水布覆蓋；敷設(shè)電纜時(shí)，首先將電纜盤至寬罐籠頂部，隨著寬罐籠的下放將電纜逐層綁扎在罐道梁托架上；高壓膠管與電纜同時(shí)敷設(shè)，先敷設(shè)電纜再敷設(shè)高壓膠管。

利用陳四樓煤礦副井井口附近現(xiàn)有風(fēng)源、水源，井筒內(nèi)敷設(shè)一趟φ38 mm 高壓膠管作為供風(fēng)管，一趟φ25 mm 高壓膠管作為供水管，一趟φ38 mm 高壓膠管作為注漿管，滿足井筒修復(fù)施工期間施工需要。由陳四樓煤礦副井變電所低壓一回路P4-3 抽屜柜處取施工電源，利用寬罐籠上部施工平臺(tái)在副井井筒內(nèi)敷設(shè)一趟MYP-3×35+1×16 mm2動(dòng)力電纜；一趟MKVV8×1.5 mm2信號(hào)電纜，一趟MHYV1×4×7×0.52 通訊電纜，滿足井筒修復(fù)施工需要。

利用礦井內(nèi)現(xiàn)有防爆電話，與礦調(diào)度室及各職能科室進(jìn)行聯(lián)系；配備手持式防爆對(duì)講機(jī)3 套（對(duì)講機(jī)必須能與罐籠閉鎖），用于施工期間通訊，另安裝一套聲光信號(hào)系統(tǒng)作為應(yīng)急通訊。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工

3.1 井筒內(nèi)壁

在井圈加固前，安排專人乘罐籠從井口向下逐段檢查井壁完好情況。檢查井壁期間，罐籠下落速度不超過0.5 m/s。施工人員使用壓風(fēng)、壓力水對(duì)井壁進(jìn)行清理，并使用長(zhǎng)柄工具對(duì)開裂的漿皮進(jìn)行處理，確保施工安全。

3.2 井圈架設(shè)及灌漿

3.2.1 井圈布置方式

井圈采用20b 槽鋼加工，每層6 根，每根長(zhǎng)3.377 m。第一架井圈使用6 根φ27 mm×350 mm錨桿配合樹脂錨固劑進(jìn)行固定，第一架井圈為澆筑托底井圈（井圈外沿直徑6.55 m）；第二架開始每架井圈使用3 根φ27 mm×420 mm 錨桿均勻固定，固定井圈錨桿外露30～50 mm（井圈外沿直徑6.45 m）；每?jī)蓪渝^桿要求交替三花布置，確保井圈接頭實(shí)現(xiàn)交替連接。每塊井圈梁之間使用3 條φ20 mm×75 mm 鍍鋅高強(qiáng)螺栓均勻連接，形成整體，井圈架設(shè)布置如圖2 所示。

圖2 井圈架設(shè)布置示意Fig.2 Well ring erection layout schematic

3.2.2 井圈架設(shè)區(qū)域及順序

位于井深186～192 m，計(jì)劃架設(shè)30 架，分兩段進(jìn)行井圈架設(shè)。先架設(shè)破裂段及以上部分4 m 范圍（對(duì)應(yīng)井深186～190 m，具體以測(cè)量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)），然后架設(shè)井壁破裂段下部2 m 范圍（對(duì)應(yīng)井深190～192 m）；每段均采取“由下向上”逐層架設(shè)，井圈之間的縫隙采用專用材料封堵。每架設(shè)1 m，灌入C60 灌漿料。

3.2.3 灌漿料選擇

C60 灌漿料選用超早強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料，袋裝粉料，25 kg/袋，根據(jù)灌漿料生產(chǎn)廠家提供的配合比嚴(yán)格攪拌，水∶粉料=0.125∶1（重量比），采用井下現(xiàn)場(chǎng)拌制C60 灌漿料進(jìn)行充填修復(fù)。

3.2.4 注意事項(xiàng)

井圈兼做為澆筑灌漿料模板使用，澆筑灌漿料前將每段井圈最下一層使用黃泥、破布等進(jìn)行封堵，確保澆筑灌漿料期間不發(fā)生漏漿情況。

為防止井壁破碎段滲水對(duì)灌漿質(zhì)量造成影響，需提前對(duì)滲水點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)水、堵水。為保證灌漿料充填密實(shí)，使用專用工具，均勻分區(qū)，均勻振搗。

3.3 軌道加固支護(hù)

整體加固段由2 排長(zhǎng)3.1 m 鋼軌上下對(duì)接，沿井圈圓周均勻布置6 排，從上至下加固，每3 m 段高加固6 根軌道，每段段高施工結(jié)束后再進(jìn)行下一個(gè)段高的加固。每根軌道采用4 個(gè)專用卡子固定，卡子采用φ20 mm×75 mm 螺栓進(jìn)行固定。每根軌道兩端各布置2 個(gè)φ30 mm 小孔，用于固定φ8 mm 生根鋼絲繩，生根鋼絲繩另一端固定在寬罐籠首繩連接裝置上。

軌道加固布置如圖3 所示。

圖3 軌道加固布置示意Fig.3 Layout of track reinforcement

3.4 夾層注漿加固

注漿范圍：井筒185～193 m 段進(jìn)行壁間注漿加固，合計(jì)8 m。

3.4.1 注漿材料及設(shè)備選擇

此次注漿選用P·II52.5 硅酸鹽水泥；水玻璃波美度40Be，模數(shù)2.3～2.8。此次注漿以單液水泥漿和雙液水泥漿相結(jié)合的注漿方式，單液漿水灰比為0.75∶1～1∶1，雙液漿水泥漿與水玻璃體積比為1∶0.3～0.5。

地面輸漿及井筒注漿選用2ZBSB1.92～7.2/10.5～3-11 型高壓電動(dòng)注漿泵，滿足井筒內(nèi)注漿施工需要。井筒內(nèi)敷設(shè)的φ38 mm 高壓膠管進(jìn)行供漿。

3.4.2 鉆孔布置方式

此次注漿加固初步設(shè)計(jì)24 個(gè)注漿鉆孔，共計(jì)3 排（185、190、193 m），每排布置8 個(gè)，孔間距2.56 m，注漿壓力2 MPa（以不破壞井壁為原則），鉆孔開孔孔深550 mm，終孔孔深800 mm，注漿孔終孔孔深以打透內(nèi)壁進(jìn)入外壁100 mm 為準(zhǔn)。采用上行式注漿，再進(jìn)行下行式檢查注漿。排與排之間的注漿孔成三花布置。受井圈、排水管、梯子間等影響，施工人員可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整鉆孔位置。鉆孔排與排之間的鉆孔成三花布置，如圖4 所示。

圖4 注漿鉆孔布置示意Fig.4 Grouting borehole layout

3.5 井筒修復(fù)效果

此次副井井筒加固方案采用架設(shè)井圈、注漿加固等綜合措施進(jìn)行修復(fù)加固，取得明顯效果。副井井筒修復(fù)工程共計(jì)10 d，較計(jì)劃工期提前6 d，井壁破裂段全部架設(shè)井圈加固，并向井壁上、下各延伸4 m，井壁出水點(diǎn)全部封堵，為井筒運(yùn)行提供了安全保障。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)陳四樓煤礦井壁破裂的復(fù)雜條件，根據(jù)近年來永城地區(qū)數(shù)個(gè)井筒表土段井壁破壞區(qū)成功修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，基于井壁破裂的相關(guān)理論，深入分析陳四樓礦主井井壁結(jié)構(gòu)特征、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，提出了采用井壁架井圈+C60 灌漿充填支護(hù)，再用22 kg/m 軌道豎向固定井圈，最后自上而下壁間注漿加固的治理方案，降低突水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到了預(yù)期的治理效果。該項(xiàng)目的實(shí)施，不僅提高井壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且改善井壁受力特征，為下一步類似條件下井筒修復(fù)治理方案提供了技術(shù)保障，為井壁破裂災(zāi)害防治的安全、順利、高效實(shí)施提供技術(shù)依據(jù)，具有很好地的研究借鑒意義。