兴隆庄矿主副井筒破坏预防性治理

2005/9/12 11:21:22

　摘　要　通过对兴隆庄矿主副井破坏的地质、水文地质条件、井筒变形现象分析和模糊聚类分析，认识到兴隆庄矿主副井破坏可能性很大，有治理的迫切性。因此，决定抢在主副井破坏之前采取“卸压槽+壁后注浆”方法进行预防性治理，取得了很好的效果，并且成功地避免了主井破坏的发展。该治理方法是一种新的成功的尝试。
　　关键词　井筒破坏　预防性治理　工程

1　概　况

　　自1995年10月以来，兴隆庄矿西风井、东风井已相继发生了破坏。兴隆庄矿主副井与东西风井具有基本相同的地质、水文地质条件，已出现了明显的变形，如果主副井破坏将给矿井生产带来巨大的损失。通过对主副井破坏可能性、预防性治理的可行性、必要性和实施方法等进行深入分析和研究，决定抢在主、副井破坏之前进行预防性治理。治理后已取得了很好的效果，并已得到推广。兴隆庄矿主副井采取预防性的治理措施，是对有破坏可能的井筒治理新的成功的探索。

2　主、副井破坏的可能性分析

2.1　井筒破坏的地质、水文地质条件分析
　　从东、西风井的破坏现象分析可以认为，它与徐淮地区自1987年以来淮北、大屯、徐州等矿区几10个井筒破坏具有相同的机理，即由于矿井疏水造成松散层底部含水层水头下降，使含水层及上覆地层随之压缩沉降，沉降地层对井壁产生竖直向下的附加力，该力是引起井壁破裂的关键因素。
　　主、副井所穿过的松散层厚度在190m左右，可分为上、中、下3组，中组为一隔水层；下组厚92.4m，其中，下含水段即三含层厚30m左右。由于三含分布范围大，联通性好，在主、副井和东、西风井处均有一定厚度的赋存。
　　由于受采动影响，三含水位持续下降。根据观6孔水位观测资料，自1983年以来至1995年8月下降了23m。1995年9月观测发现，主副井工业广场地表累计下沉已达226mm。按淮北大屯矿区井筒破坏经验，当松散层厚度大于150m，地表累计下沉大于200mm时，井筒易发生破坏。
　　目前兴隆庄矿正在研究留设防砂煤柱开采，采矿对三含水的疏降强度在未来数年内会加强，这对井筒稳定是十分不利的。另外，从区域范围看，临近的杨村、杨庄、横河等矿都在提高开采上限，因此，对三含的疏降强度会更大。
2.2　井筒变形现象分析
　　虽然主副井井壁未发生严重破坏，但井壁变形明显。其中，主井在垂深约184m处，罐道变形影响了正常提升；在150m及184m处，井壁有两处爆皮现象，并伴有少量渗水；深度160～192m处，罐道相对梁座下移，196～208m间罐道上移；副井在垂深154～200m范围内，罐道安全间隙已被压实。
2.3　模糊数学评价分析结果
　　选择影响井筒破坏的主要影响因素^〔1〕，包括：地表下沉量、主压缩层埋深、地表沉降速度、井筒直径、井壁厚度、施工方法及施工质量等。应用模糊聚类方法对井筒破坏进行分析，当聚类值大于0.39时，井筒已破坏或破坏可能性很大，见附表。
　　通过以上分析和井壁变形现象分析可以认识到，主副井不仅存在破坏条件和动力，且有破坏加剧的趋势，并且主副井本身也已经显示了破坏的征兆，因此，主副井破坏可能性很大，有治理的迫切性和必要性。

附表　井筒破坏模糊聚类结果

序号	井　　　筒	聚类值	聚类结果	序号	井　　　筒	聚类值	聚类结果
1	临涣副井	0.42	破坏	9	童亭主井	0.56	破坏
2	海孜风井	0.46	破坏	10	童亭副井	0.46	破坏
3	海孜主井	0.50	破坏	11	童亭风井	0.39	破坏
4	海孜副井	0.49	破坏	12	朱仙庄西风井	0.38	不破坏
5	芦岭主井	0.46	破坏	13	姚桥主井	0.25	不破坏
6	芦岭副井	0.47	破坏	14	临涣主井	0.37	不破坏
7	张双楼副井	0.39	破坏	15	兴隆庄西风井	0.47	破坏
8	张双楼主井	0.43	破坏	16	兴隆庄副井	0.40	破坏

3　主副井实施预防性治理的合理性

　　过去对井筒破坏治理都是在破坏之后进行的。选择在井筒严重破坏之前进行预防性治理有以下优点：
　　(1)井壁一旦严重破坏，不可避免地要对破坏处进行架井圈和喷浆加固，这将占用井筒断面，然而，主副井目前罐笼箕斗和井壁的最小安全提升间距分别为240mm和150mm。根据《煤矿安全规程》规定，该安全提升间距不得小于150mm。由此可见，在井内架圈和喷浆受到很大限制，治理难以保证破坏处支护强度。
　　进行预防性治理，利用现有井壁完整性好的优点，可不需在井筒内架井圈和喷浆或套壁，对比西风井治理费用，预计每个井筒可节省治理费用50万元，节约工期20d。
　　(2)按过去经验，如果主副井发生破坏，一般需要矿井停产6～15d进行抢修加固。兴隆庄煤矿是年产4Mt的特大型矿井，初步预计，停产1d将造成100万元以上的经济损失。如果主副井先后破坏，则影响更为严重，而采用预防性治理可以在不停产情况下组织实施，经济效益是明显的。
　　由以上分析可见，预防性治理相比破坏后治理具有治理技术难度小、费用低、对矿井生产影响小等优点，是防治井筒破坏的合理方案。

4　预防性治理方案及特点

4.1　治理方案的选择
　　依据井筒现有条件，在不影响矿井生产的前提下，可能选取的治理方案有两种：方案Ⅰ，卸压槽+壁后注浆治理方案；方案Ⅱ，地面注浆方案。考虑到方案Ⅰ具有工程直接投资少(百余万元)、成功经验多、治理效果可靠、工期短等明显优点，因此，决定采用以卸压槽为主的治理方案。
4.2　卸压槽+破壁注浆治理方案内容
　　以副井为例，治理方案设计见图1

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图1　副井地层结构与治理方案

　　(1)破壁注浆。破壁注浆目的主要是改善壁后地层的力学性质、加固外围地层、减小地层压缩量、增强井壁防水能力，确保开卸压槽安全。确定注浆参数：垂深170～200m，注浆段高30m；注浆孔排距3～5m；注浆材料选用水泥、水玻璃；注浆压力3～5MPa。要求壁后注浆帷幕厚度大于2.5m，注浆段井壁不漏水。

　　(2)卸压槽。卸压槽的作用机理：在井壁适当位置开卸压槽后，可使井壁随地层下沉而下沉，井壁与地层之间基本不产生滑移现象，则地层沉降将不再对井壁产生过大的竖直附加力。对现有井壁，在冲积层底部开一环形水平卸压槽，可使冲积层与井壁基本同步沉降，则可大大减小竖直附加力。
　　井壁卸压槽位置设在199.5m(围岩为风化泥岩)。卸压槽高400mm，深度0.65m，有效期为8a。卸压槽内充填沥青防腐的松木块。为防止安装初期压缩木掉下，同时少占用井筒断面，用8mm薄钢带网状联结保护，见图2。

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图2　卸压槽结构

1—压缩木块；2—横向连接钢带；
3—纵向连接钢带；4—位移测量点

5　治理效果

　　副井治理从1997-07-01～-08-16，利用井筒每天的检修时间进行破壁注浆施工，共注入525号普硅水泥323.3t，水玻璃17t。井筒内无渗漏水现象，经物探检验，注浆效果较好。1997-08-17～-09-06采用静力爆破法，安全顺利地完成卸压槽开挖。治理期间，矿井产量未受影响。目前井筒提升正常，从1997年9月～1998年5月，观测到卸压槽的应力增加0.47MPa，位移仅3mm，达到了预期目
的。
　　主井于1997-08-31开始治理施工。在施工过程中，井壁在183m处就开始出现爆皮破坏，对此，及时将卸压槽位置调整到破坏段，预防了破坏的发展，对矿井生产没有造成不良影响。

6　结　论

　　在主、副井井壁已出现变形的情况下，通过分析井筒破坏可能性和治理的必要性，根据罐笼或箕斗与井壁间隙小的特点，抢在井壁发生严重破坏以前采用卸压槽结合破壁注浆的治理方案；在工程实施中利用井筒检修时间施工，对矿井生产没有造成明显影响，并及时地避免了主井破坏的发展。治理完成后主副井提升正常。事实表明，兴隆庄矿实施井筒破坏预防性治理科学、及时、经济，效果可靠。

作者单位：席京德　官云章　兖州矿业集团公司兴隆庄煤矿，邹城市，272000；
　　　　　许延春　煤科总院北京开采研究所，100013

参考文献

[1]　许延春，耿德庸.井筒破坏的模糊聚类分析与预测.煤炭科学技术，1992(7)

第1作者简介
　　席京德，男，高级工程师。1982年毕业于黑龙江矿业学院采矿系，现任兴隆庄矿总工程师，主持并参加国家和省、部级科研项目多项，发表论文多篇。　

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