非均衡开采下立井井壁破裂机理及修复技术.pdf

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1、·4·露天采矿技术2010g-g4期非均衡开采下立井井壁破裂机理及修复技术邓昕(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001)摘要：针对煤矿非均衡开采(工广保护煤柱开采)情况下引起的立井井壁破裂现象，用弹性力学方法解释了该种情况下的井壁破裂机理。在此基础上，应用卸压槽法修复破裂井壁技术对该立井井壁进行了修复。工程实践表明，该修复技术可达到根治井壁破裂的目的。关键词：非均衡开采；破裂井壁修复；卸压槽；破壁注浆中图分类号：TD266文献标识码：B文章编号：1671—9816(2010)04—0004—03我国黄淮地区拥有丰富的煤炭资源，是华东地假定不考虑地质构造应力影响因素

2、，则采动影响前，区重要的能源基地，且多为深厚冲积地层所覆盖，煤井壁的受力状态主要由围岩重力场引起。井壁原始矿均采用立井开拓方式。在矿山生产过程中，井壁破应力状态和分布规律见图1(a)。对于井筒保护煤柱裂事故时有发生，轻者减产，重者停产。立井井壁发开采引起井壁水平截面附加应力场为非轴对称问生大范围的破裂现象属国内外罕见的重大地质灾害题，其应力状态和分布规律见图1(b)。之一，如此严重的、连续不断的井壁破裂事故，给煤一jI{IIIjLJ}{f¨fL炭矿山造成了重大的经济损失。一一／一=／——由于井筒属地下结构，地质条件复杂，造成井壁-，，一／{，破坏的不确定因素较多。要科学、

3、合理地修复破裂井一壁，首先应针对井壁呈现的破坏形态、地质条件等，二{＼，l一一一摸清井壁的破坏机理，科学、合理的提出破裂井壁修、／一一-一3＼I＼{、上l1孵]}f1f}1广复设计方案。(a)(b)国内外专家学者针对矿井井壁破裂事故的分图1应力分布规律图析，得出导致井壁破裂的主要原因有f卜s】：(1)地层疏水沉降产生的竖向附加力导致井壁破裂；(2)冻结壁弹性理论通解为：解冻后，土层融沉产生的竖向附加力导致井壁破裂；=一卫(1一)一(1+3等一4等)c。s20(3)非均衡开采(工广保护煤柱开采)引起井壁破裂；=一卫(1+)+卫(1+3)c。s20(4)井壁施工质量差引起井壁

4、破裂。对于地层疏水沉降和土层融沉产生的竖向附加=卫(1—3+27～)sin20力导致井壁破裂的机理研究已有相关文献报导，井壁施工质量差引起井壁破裂属人为因素，在此不再当r=口、0=0时，=0、=0、=3(q+P)；累述。本文重点对非均衡开采下引起井壁破裂的机当r=口、=7『／2时，=O、=0、=一3(q十P)。理进行研究，在此基础上提出相应的井壁修复技术，亦即按上述弹性理论通解公式求解算得沿煤层并应用于工程实际。走向和倾斜方向井壁水平截面切向最大附加应力分别为3q+P和一(3p+q)。当附加应力与该点原岩应1非均衡开采下立井井壁破裂机理力叠加大于井壁强度时，井壁就会发生破

5、坏。在采矿地质条件一定的条件下，对井简保护煤在采动前，井壁轴向应力分布由自重引起。在井柱进行回采必然引起井筒周围原岩应力场的变化。筒煤柱开采过程中，井筒处于水平附加应力场影响收稿日期：2010—04—01中，在井壁刚度小于围岩刚度时，一般情况下，井壁作者简介：邓昕(1955一)，男，安徽理工大学土木建筑不会出现压应力集中现象。而当井筒围岩中含有软学院工程师。弱岩层(煤线或断裂破碎带)时，其刚度比井壁小，此臣盈田露天采矿技术2010．e(_~4期·5·时，围岩在垂直方向上产生的变形比井壁大，从而将会传递给井壁，对井壁产生一个巨大的竖向附加力覆岩的重量转加给井壁，形成压应力集

6、中现象，使井(也称为沿井壁外表面垂直方向向下的剪切力)，使壁发生受压破坏。井壁中出现应力集中现象，当累加应力超过井壁混凝土强度时，则必然引起井壁破坏。2工程概况通过对现场调研、实测与预计，结果发现：(1)主沛城矿主井井筒为双层单车罐笼提升，钢丝绳井井口处的地表下沉量为200mm；(2)如果A区与罐道。井筒净径5．01TI，穿过第三、四纪表土层厚度为B区不采，二二采区煤柱不完全失稳，则地表的总下191．9I13。该井采用冻结法施工，双层钢筋砼井壁结沉量为250～270mlll；(3)如果二二采区煤柱完全失构，累深129m以上内、外壁厚度分别为400mm和稳，则地表的总下沉量

7、达450mm。350mill，砼设计标号为250号(相当C23)；129m以3破裂井壁修复技术下内、外壁厚度皆为400mm，砼设计标号为300号(相当C28)。内、外层井壁各设一排钢筋，其中内壁3．1井壁修复加固方案环向钢筋分别为q~22@330和q~18@200、竖向钢筋为首先对破坏段井筒壁后松散层进行注浆改良，~p12@330。然后对破坏段井壁架设井圈增加井壁横向抵抗能2002年7月份发现主井井筒在累深145m位力，最后开切卸压槽，对井壁竖向压力进行释放。置上下井壁出现环向破坏带，该处砼严重剥落或开3．2破壁注浆裂，剥落深