一种新型复合井壁的应用

马 杰

(大冶有色金属集团控股有限公司，湖北 黄石 435005)

1 前言

丰山铜矿为大冶有色金属公司的主力矿山，生产能力为66万t/a。北沿矿体原有的回风井由于多中段错位、倒段、回风巷跨塌等原因，阻力大，通风效果差。为解决-320～-440m深部矿体开采，新设一个北回风井。

2 井筒概况

2.1 井筒设计参数

通过对矿山风量、风速、风阻计算，北回风井净直径φ4m；北回风井井口标高+105m，井底标高-380m，井筒深485m,在-320、-380m两个中段设单向马头门。

2.2 井筒地质条件

因矿区处于山地，新设北回风井选址在北沿矿体+7线排土场。排土场处于半山坡上。根据井筒钻孔工勘报告：回风井井筒要穿过50m厚原露采剥离的废石排土层，排土层主要为废石，块石粒径大小不一，夹杂的土质松散不均；50～163.1m为不稳定花岗闪长斑岩、角砾岩，属Ⅳ、Ⅴ类围岩；163.1m以下为花岗闪长斑岩、大理岩、角砾岩，岩体稳定性中等，属Ⅲ类围岩。由于场地位于山间盆地东部近冲沟部位，上部岩、土层渗透性强，井筒涌水量受大气降雨影响非常大。井筒预测涌水量为1 810.78m3/d。

3 复合井壁设计方案

对井筒要穿过厚近50m的废石堆场的特殊地层,井筒支护设计采用复合井壁：双层钢筋混凝土井壁,双层井壁之间夹70mm厚彩钢夹芯板，芯材采用聚乙烯泡沫塑料板。

井筒到基岩段按正常浇灌300mm厚混凝土支护，破碎段配筋加厚为400mm厚混凝土支护。

3.1 外层井壁

由于井筒穿过废石堆场,井壁与废石间的摩擦力小,井筒向下延深施工时，下部井壁的自重需通过上面成型井筒壁(上下部钢筋的连结)进行悬挂，防止井筒因受力发生不均匀沉降,引起井壁开裂。井颈段高56.75m,外层井壁采用3段不同厚度的钢筋混凝土支护，似倒置的承台，增大悬挂下部井筒壁重量的受力面积。其中最上面段井壁厚1 200mm,高4m;第二段井壁厚600mm,高6m;第三段井壁厚300mm,高44.75m;下部为2m高的壁座。具体见图1。

图1 井颈段形式示意图

3.2 夹层材料选择

夹层材料选用彩钢夹芯板，芯材采用聚乙烯泡沫塑料板，厚670mm，压缩强度≥300kPa。产品特性：容重轻,伸缩强度大,不吸水，产品环保,施工简便,防渗、防漏效果佳； 耐腐蚀、耐老化、耐高低温+80℃～-45℃；不流淌、不脆裂、使用寿命长；钢材选用1mm平面钢板，喷防腐耐酸漆一底两次。产品特性：重量轻,保护芯材不受损伤。施工过程中彩钢夹芯板整体性的能保证完好。见图2。

图2 彩钢夹芯板接茬处采用的企口搭接形式

3.3 内层井壁

采用400mm厚的钢筋混凝土支护形式。当井颈段的外层井壁的壁座施工完成后，在壁座上从下至上一次浇筑成型，内层井颈接茬少，防渗水性能好。

4 复合井壁施工

4.1 外层井壁

井筒要穿过厚近50m的废石堆场,主要为露采剥离废石，土质松散不均，块石粒径大小不一,开挖时易出现大面积片邦,为确保施工安全，进行短支短掘，同时也减少临时支护。

4.2 夹层加工

根据井筒设计夹层的半径尺寸进行预制加工彩钢夹芯板。每圈彩钢夹芯板的高度根据外层井壁浇灌时整体滑模高度确定，宽度按1 500～2 500mm,根据井壁周长进行分块。彩钢夹芯板上下左右均采用企口形式搭接。因彩钢夹芯板容重轻，分块面积大，接茬少，施工安装时方便快捷。

4.3 内层井壁

在外层井壁的壁座(下部壁座)施工完后,从壁座上由下向上一次施工完成。 内层井壁浇灌时，模板立好后，进行彩钢夹芯板的拼装，一侧紧靠外壁，另一侧用支撑顶在模板上，然后进行绑扎钢筋、浇灌混凝土。混凝土浇灌时随着振动棒的振动彩钢夹芯板各块的接缝搭接密实(局部间隙被水泥浆充填)，双层井壁夹层的整体性强，有良好的防水性能，井筒施工工艺简单，成井速度快。

5 效果与评价

5.1 效果

井筒井颈段施工时涌水量达到30m3/h，但2015年9月完工后，320m中段井筒内不到1m3/h。复合井壁防渗水能力好，减少井筒壁后注浆费和矿山日常井下排水费。

井筒施工期间外层井壁采用短掘短砌，起临时支护作用，没有出现大面积坍塌现象；内层井壁从壁座上从下至上一次浇灌成型，内层井壁接茬少，完整光滑，通风阻力小，井筒内提升设备运行安全性增强，施工质量可靠。

5.2 评价

复合井壁支护形式：双层钢筋混凝土井壁中间夹层彩钢夹芯板具有可压缩量大的特性，可缓解地应力与外层井壁相互作用产生的应力，同时减弱对内井壁的约束力，使复合井壁受力呈现各向异性特

性，提高复合井壁的受力强度，增加井筒整体支护的安全可靠性。

夹层彩钢夹芯板的导热系数小，对内井壁混凝土的养护起到保温、隔热作用，使内井壁不受外井壁(冻结施工时)低温的影响，在养护的过程中自由伸缩，防止产生温度裂缝，增强复合井壁整体防水、抗渗性。

与井筒穿过不良特殊地层采用地表(或工作面)预注浆处理相比，此种方式的工期短，施工速快，每米成井综合造价低。

6 结语

井筒穿过不良特殊地层时，双层钢筋混凝土中间彩钢夹芯板的复合井壁形式在满足复合井壁功能的基础上进一步增强井壁的防渗水性能，简化复合井壁井筒的施工工艺，易保证施工质量，成井速度快，井筒综合造价低，是一种很好的支护方式。

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