回风立井井筒破坏的修复技术研究

王善新 杨建民 刘晓强 贾高远 闫晰岭 刘 鹏

（平煤神马建工集团，河南平顶山市，467000）

回风立井井筒破坏的修复技术研究

王善新 杨建民 刘晓强 贾高远 闫晰岭 刘 鹏

（平煤神马建工集团，河南平顶山市，467000）

煤矿在用井筒因周边采动的影响，井筒井壁出现脱落、垮塌等，严重影响其使用功能。分析了回风立井井筒破坏的机理，介绍了修复技术和方案。

回风立井井筒 垮塌破坏 修复技术

1 井筒概况

平煤十矿三水平回风立井井筒直径6.5m、半径3.25m，井深484.8m，壁厚400mm，采用素砼支护，混凝土标号C30。井筒实测柱状显示井口以下18.5m为乱石粘土层及铝土质泥岩。在井深79～85.5m见两条煤线，煤厚0.5m。在井深92.0m处见一煤层，煤厚1.1m。在井深101.7～110.5m分别见0.6m煤线和1.2m两层煤层。在井深101.7～157.8m井筒东侧见构造、正断层，在井深132m见断交点，井深157.8m处断层过完，井深157.8～398m间共揭露0.5m以下煤线8条，岩性主要为泥岩，砂质泥岩，粉细砂岩，井深399m处见一镜煤，煤厚0.9m，在井深428m处见丁组煤层煤厚1.6m。井筒落底在灰白色细砂岩中。

回风立井于2003年5月投入使用。在正常使用期间，无提升设施。使用过程中因受周边采动影响，于2012年4月出现垮塌脱落破坏。

2 井筒损坏情况

井筒井壁受动压影响，出现脱落，露出岩壁，漏渣深度大，井壁脱落高度较高。根据井筒现场勘察，井筒内无出水现象，在井深0～424m段完好无破坏现象，井深424～436m段出现一南高、北低、倾角约40°、高约3.0～5.0m的破坏斜沟槽，槽深0～3.5m，沟槽处井壁和围岩因受压挤出脱落。井壁破坏的上下沿线与煤层底板等高线走向基本一致，破坏段上下高度7.5m。在破坏段内出现有1.5m和0.4m厚的煤层，煤层底板为灰黑色泥岩，顶板为灰色沙质泥岩。破坏段展开示意图、断面图见图1和图2。图2中1－1、2－2、3－3、4－4、5－5、6－6表示井深424～436m破坏段内每间隔2m的断面。从图2看出，井筒由南侧1－1断面垮塌开始逐步扩展到4－4断面，环绕井筒一周。

图1 井筒破坏段展开示意图

图2 井筒破坏段断面垮塌深度示意图

3 井筒变形垮塌破坏机理

该井筒破坏段无出水。破坏部位发生在井筒穿过岩体断裂面或软弱层面处。因采动出现了临空面，打破了围岩原有的应力平衡状态，使围岩应力重新分布，形成了新的应力场，即围岩的二次应力，围岩也同时产生不同方向的位移，使得岩体沿弱面（断裂面、软弱层面）滑动产生挤压和剪切。当岩体周围的应力失去平衡，特别是位于弱面方向对其岩体的支承能力减小或失去时，在岩体荷载应力的作用下，纵向和横向分别产生剪切力和挤压力，在剪切力和挤压力作用下，岩体产生滑动。井筒周围岩体的扩张对井筒井壁产生径向压力。井筒井壁在竖向压缩和径向压力的联合作用下，产生破裂。从围岩和井筒变形破坏程度来看，当井筒井壁外表面同围岩间粘着力达到极限强度后，即固结面断裂后，井筒井壁垮塌破裂脱落。

4 井筒修复技术

4.1 状态修复方案

井筒破坏后，对于应力状态的修复，必须使表面应力达到一定的量值，才能起到有效的修复。目前能做到的就是通过给锚杆增加足够的预紧力，对巷道自由面主动施加一定的表面应力。增加喷射混凝土厚度提高其抗弯强度和刚度，在喷层中布设内外双层钢筋格栅网，形成钢筋混凝土结构。

4.2 主动让压措施

在424～436m井深破坏段的围岩处于较高的应力状态，采动后，围岩的应力状态发生变化，围岩引起变形、破坏，应力需要重新达到稳定状态。使围岩避免再次破坏的关键就是对其变化过程进行有效控制，达到稳定性要求。根据已掌握的支护围岩变形规律，采用高强锚杆配合U36型钢井圈和钢模板，然后浇筑混凝土进行充填修补，再补充完整井圈支护，它不仅能提供较高的压力，且能够有效地减小变形。同时，在已经垮塌、围岩破碎的立井井筒中，采用联合支护手段。

4.3 变形破坏控制方案

巷道围岩的变形控制是一个复杂的综合工程，通过状态修复和主动让压措施后，使围岩支护结构形成一个整体。主动让压后的荷载还要控制其变形，防止破坏，对支护层采取高强抗折抗裂措施。

（1）在424～436m井深破坏段，为提高喷层的抗折能力，在喷层中设置内外两层钢芭网，内层钢芭网通过锚杆托盘紧压固定在初喷层上，外层钢芭网绑扎在钢筋格网栅骨架上，如图3所示。

图3 破坏段支护层水平剖面图

（2）在混凝土充填空间内加设钢筋格网栅作为骨架，钢筋与混凝土能够牢固地结合。钢筋格网栅结构如图4所示，钢筋采用直径为20mm的螺纹钢制作，图中的尺寸应根据充填空间的大小合理确定，钢筋格网栅骨架的数量根据垮塌高度而定，一般为200～500mm做一层。

图4 钢筋格网栅结构图

（3）在井筒破坏段，井壁外挂U36型钢井圈和钢模板，充填混凝土，并捣鼓密实。这样形成的喷层不仅抗弯强度和刚度高，而且抗折、抗裂，能够将U36钢圈和锚杆的预应力均匀传递到整个围岩体。该支护层一方面协调自身的受力分布，控制井筒变形，另一方面与各结构层构成受力整体，实现围岩承载圈范围的扩大。

5 修复施工

该回风立井无提升设施，修复施工需搭设临时提升设施及悬吊设施。主通风机停止运转，防爆门打开后，形成自然通风，井筒内为新鲜风流。施工地点的通风量根据现场工作情况进行调定。施工时，施工人员乘坐吊桶入井，作业人员站在吊盘上进行工作。修复方法是利用锚网加U型钢进行让压和抗压支护。先将垮塌破裂地段采用锚网喷临时支护后，固定U36型钢井圈和钢模板，在大的垮塌空间内设置钢筋格栅网，然后浇筑混凝土进行充填修补，再进行补充完整井圈支护。

5.1 锚网喷临时支护

锚网喷支护沿井筒由上向下分段施工。

（1）敲掉围岩浮矸。人员站在吊盘上，用长钩钎、风镐等工具，将井壁和围岩上的浮矸或堆积物敲掉并清理干净。

（2）打锚杆、挂网。敲掉浮矸或堆积物后，人员站在吊盘上，用YT－28风钻在井壁破坏地段上方1m范围内打两排锚杆并挂网，采用ø20mm×2400mm的树脂锚杆，锚杆间排距为700mm×700mm，每根锚杆用3卷Z2335型树脂药卷，外露长度不超过50mm，角度不小于75°，钢笆网规格为2.6×0.9－ø6mm，网格80mm×80mm，钢笆网搭接长度不小于100mm，采用顺挂方式（即横短竖长），超出井壁段的网片沿破坏线外折于破坏面，用锚杆压茬，打锚杆、挂网严格按照由里向外的施工顺序进行。当在吊盘上无法打锚杆、挂网时，架设工作台。

（3）喷射混凝土。锚网支护后（高度不超过2 m），人员站在吊盘或工作台上喷射50mm厚的C20混凝土。

5.2 井圈、钢模板浇筑混凝土支护

井圈、钢模板浇筑混凝土支护沿井筒由下往上分段施工。

（1）固定U36型井圈。在临时支护完毕后，吊盘停落在破坏沟槽下沿，人员站在吊盘上往破坏槽里由下向上依次架设U36型钢井圈，井圈间距500mm，架设高度每次不超过1.5m，相邻两节井圈由卡缆固定，搭接长度500mm。局部破坏无水平贯通区段内架设井圈由锚杆固定；架设完整井圈采用锚杆和6寸钢管联合固定，每节井圈的固定点不少于2个。

（2）立钢模板。最下层模板必须架设水平，采用段高为1.25m的组合钢板，钢板固定在井圈上，钢板与钢板间用螺栓连接。

（3）浇筑混凝土。立模完毕后，浇筑混凝土。利用输送泵将混凝土沿溜灰管输送到垮塌空间。在吊盘上安设一个缓冲器，减缓混凝土速度。浇筑混凝土时，采用对称旋转浇筑，以防钢模板移动；充填要均匀、密实，保证充填饱满无空洞。

5.3 补充完整井圈支护

井圈、钢模板浇筑混凝土支护完毕后，在不能用完整井圈支护的地段采用补充完整井圈支护。吊桶升至合适位置后，人员在破坏区域上方2m处打ø20mm×2400mm树脂锚杆，打锚杆后架设搭接长度500mm、直径5.6m的U36型钢井圈，每节用卡缆固定，然后用锚杆固定于井壁，每节不低于2个固定点；再沿井筒由上向下依次架设井圈，间距500mm，每架井圈用ø20mm圆钢的Z型拉杆相连，拉杆不少于6根，每架井圈用锚杆固定于井壁，中间段井圈采用8＃铁丝相连，相连间距不超过500mm，重复以上工序，支护到破坏段下、完好井壁2m处。

6 结语

破坏井筒的修复采用格栅钢架与喷射混凝土的方案，骨架与混凝土粘结好，与围岩结合形成整体后，不会因受力出现粘结面开裂和脱离的现象，两者能够共同承受围岩压力。这种施工方案优点是：施工方便，安全系数高；可自上而下施工，施工速度快，对于抢险工程来说，确保了安全，争取了时间。同时也存在着一些缺点：施工工序相对复杂；通风断面不光滑，会造成通风阻力。

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Study on repairing technique for collapse of return－air shaft

Wang Shanxin，Yang Jianmin，Liu Xiaoqiang，Jia Gaoyuan，Yan Xiling，Liu Peng
（China Pingmei Shenma Jiangong Group，Pingdingshan，Henan 467000，China）

Due to the mining work around it，the shaft sidewall will fall off or collapse，which seriously affects its functions.In this paper，the return－air shaft damage mechanism is analyzed and the repairing technique and scheme are introduced.

return－air shaft，collapse，repairing technique

TD266

B

王善新（1967－），男，河南登封人，工程师，1990年毕业于焦作矿业学院，现从事矿山建设工程管理工作。

（责任编辑 张毅玲）