煤矿副井井壁工程修复加固工程

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1、施工组织设计工程名称：邱集煤矿副井井壁修复加固工程编制单位：编制日期：二○一一年九月日目录1概述11.1井筒及地层情况11.1.1副井井筒及地层情况12井壁破裂原因分析12.1井壁破裂机理13井壁破裂治理方案34卸压槽注浆方案优化65施工安全技术措施85.1施工准备85.2搭设工作台，提升、信号安设85.3破壁注浆95.4卸压槽施工105.4.1卸压槽的位置和尺寸105.4.2开切卸压槽的准备工作105.4.3开槽方法105.5架设槽钢井圈115.6井筒设备改造:126施工进度安排及劳动组织126.2劳动组织137设备材料

2、计划（附表）148施工安全措施169施工质量保障措施181概述1.1井筒及地层情况1.1.1副井井筒及地层情况邱集煤矿位于山东省德州市齐河县境内，该矿2004年1月正式投产，矿井设计生产能力45万吨，通过2004年对矿井的技术改造，经核定生产能力为75万吨。副井井筒为罐笼提升，刚性罐道。井筒净径4.5m。今年6月份发现该矿副井井筒在垂深300~330m范围内井壁出现3处沿井筒环向一周圈的破坏带。井壁出现外鼓、离层脱落、钢筋外露弯曲严重等现象，剥落深度在50~100mm。每一破坏带高度约为2.0m，邱集煤矿副井井壁破坏的形态

3、基本上表现为混凝土成片状剥落，剥落的深度远小于其高度，竖向钢筋受竖向压缩呈向井内屈曲状态，井壁混凝土破裂裂缝呈闭合状，从井壁的破裂形态可以看出，井壁是受到了以竖向应力为最大主应力，切向应力为第二主应力，径向应力为最小主应力的压剪破坏，由于井壁内缘开始片状剥落，并逐步向井壁深处延展，整个剥落带为一环形的破坏区域。2井壁破裂原因分析2.1井壁破裂机理邱集煤矿副井井壁破坏的形态基本上表现为混凝土成片状剥落，剥落的深度远小于其高度，竖向钢筋受竖向压缩呈向井内屈曲状态，井壁混凝土破裂裂缝呈闭合状，从井壁的破裂形态可以看出，井壁是受到

4、了以竖向应力为最大主应力，切向应力为第二主应力，径向应力为最小主应力的压剪破坏，由于井壁内缘开始片状剥落，并逐步向井壁深处延展，整个剥落带为一环形的破坏区域。根据莫尔强度理论可以得到井壁中混凝土破坏剥落面与竖直方向的夹角。式中：、──分别为材料的抗压强度与抗拉强度17由此可得C40的混凝土，其φ在30°左右。由此推论得到的井壁破坏面与井壁实际发生的破坏面很一致（如图4所示）。图4井壁实际破坏面与理论分析破坏面邱集煤矿副井破坏时井壁的应力状态可以从上述井壁破坏形态的表观现象中得到合理的分析。在过去的井壁设计计算中，均把井壁内

5、由于水平方向的水土压力作用而产生的切向应力为最大主应力，竖向应力为第二主应力。那么是何种外荷载导致了井壁内产生如此的应力状态改变呢？下来就要从井壁的受力条件进行分析。要导致井壁中竖向应力成为最大主应力，必然要在竖直方向有一个作用于井壁的大荷载，由于井壁破坏发生在表土地层底部位置，则这个荷载必然与表土地层及该段井壁有关，井壁在竖直方向除了自重与井筒装备以外没有直接施加的显荷载，而此显荷载已在过去的井壁设计中考虑过的，它们不至于导致井壁应力状态的改变。这就必然存在一个由表土地层与井壁之间的相互作用产生的隐形荷载。从井壁破坏成水

6、平环状破坏带的分布特征，这个隐形荷载应该是关于井筒中心基本上对称的，则不可能是某一局部位置地层的水平方向运动产生的水平推力引起的，必然是沿井壁与表土地层的接触表面，作用一个方向为竖直向下的面荷载。显然要在井壁外表面产生一个巨大的竖向面荷载，必然是表土地层的变迁引起的，从自井筒建成后到投产的一段时间内，均未发生井壁的破坏，在井壁投产后发生了井筒的这种破坏现象，这表明表土特性的变化与矿井生产是有关。但矿井的开采是在煤系地层中进行，并未与表土地层发生直接的关系，要说开采后地表的塌陷，由于保安煤柱的存在，也是不会影响井筒的。通过对

7、井筒水文地质情况的分析，该17矿的表土底部含水层直接覆盖于煤系地层，矿井开采后底部含水层的水渗入井下采空区域，使含水表土地层失水后土层固结，导致地层的压缩沉降，如图5所示。而位于表土地层包围之中的井壁是由钢筋混凝土制成的。与表土地层相比，其刚度很大，这样，表土地层与井壁的接触面上就会产生一个相对滑动或滑动趋势。这个相对运动的过程就给井壁外表面施加了一个向下的面荷载，由于井筒穿越的表土较深，此面荷载沿深度分布，到表土底部累积的总荷载就十分巨大了。由于过去井壁设计时未考虑到此荷载的存在，井壁的竖向承载能力不足以抵御此附加的活荷

8、载，最终导致了井壁的破坏。即竖向附加力引起井筒破坏。图5含水层疏水固结沉降示意图1井壁破裂治理方案针对邱集煤矿副井破裂情况，邱集煤矿和安徽理工大学有关专家进行了充分论证，为了确保井壁安全，卸压槽的高度不宜太大，现设计开切二道卸压槽，上卸压槽位于累深290.0m，下卸压槽位于累深315.0m。即：凿穿内壁