一种基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法与流程

本发明涉及矿建施工领域，特别涉及一种基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法。

背景技术：

随着我国对矿产资源需求量的日益增加，浅部易采的矿产资源日趋枯竭，矿井平均每年以8～12 m的速度向深部延深，进入深部后造成立井井壁破裂的不确定因素增多，进而诱发不同程度的立井井壁破裂现象。立井作为矿井生产期间提升运输煤炭（或矸石）、运送人员、材料和设备以及通风和排水的咽喉工程，井壁一旦破裂，会极大限制井筒的提升能力，随之会产生很多安全隐患，甚至导致一些安全事故的发生，给煤矿的安全运营带来严重危害和重大的经济损失。

针对立井井壁破裂的问题，国内外有关科研人员都进行了分析和研究，提出了多种修复治理的方法和措施，目前比较常用的有注浆加固法，卸压槽法，套筒加固法等。注浆加固是通过减少地层的竖向压缩量，从而减小井壁的竖向附加应力以及防漏；卸压槽是保证井壁具有竖向可压缩性；套筒加固可以尽快控制井壁破裂的进一步发展。

近年来，在立井破裂井壁治理过程中存在着很多问题，由于对每一种修复井壁破裂方法的局限性和优势认识不深, 导致修复方法选择不当、支护方案制订不全面等问题，而现场施工的盲目性、低效性也间接影响了治理效果, 同时造成了不必要的经济损失。许多矿区部分井壁经过初次治理, 短期内却再次发生破裂。

对于破裂的井壁如果进行单一修复方案加固的话，短期加固效果可能比较明显，长期效果不佳面临二次加固风险，所以怎样正确安全有效地修复井壁显得格外重要。然而井壁破裂的原因纷繁复杂，针对不同的破裂程度所采用的修复方法也要有所区别，因此，区分不同的井壁修复方法的使用条件就显得分外重要，所以新的分类治理方案就成为立井井壁修复领域的迫切需要。那么如何采取安全可靠、工期较短的实用高效的立井井壁分类修复治理施工方法，是矿井建设施工单位的一个重大工程疑难问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种安全可靠、工期短的基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，包括以下步骤：

1）根据井壁的破裂范围、破裂深度将井壁的破裂程度由轻到重分为Ⅰ-Ⅴ五个类别；

2）判断待修复井筒破坏情况的所述类别，若属于Ⅰ类，则进入步骤3）；若属于Ⅱ类，则进入步骤4）；若属于Ⅲ类，则进入步骤5）；若属于Ⅳ类，则进入步骤6），若属于Ⅴ类，则进入步骤7；

3）采用架设井圈加固；

4）采用锚网喷支护；

5）采用锚网喷支护和壁后注浆联合加固法；

6）采用锚网喷临时支护和顶柱支护后，固定钢模板，然后浇筑混凝土进行充填修补，再进行井圈支护；

7）采用锚网喷临时支护和顶柱支护后，用井圈填补在水平贯通破坏区域里，接着固定钢模板，然后浇筑混凝土，最后进行井圈支护。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤1）中，五个类别具体为：

Ⅰ. 井壁上只出现开裂现象，井壁完整，无掉块；

Ⅱ. 井壁局部破坏深度在500mm以内，破坏区域未水平贯通；

Ⅲ. 井壁局部破坏深度大于500mm且小于1000mm，破坏区域未水平贯通；

Ⅳ. 井壁局部破坏深度大于1000mm，破坏区域未水平贯通；

Ⅴ. 井壁破坏区域水平贯通。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤3）具体步骤为：

在井壁开裂部位的最底处由下向上依次架设井圈，每架井圈使用若干节型钢搭接，搭接处用卡缆固定，每间隔一定距离架设一架井圈；井圈固定在井壁上。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤4）具体步骤为：井壁进行敲帮问顶，将危岩从井壁凿去，对局部突出的岩石刷掉，将岩面找平，在局部破坏处井壁围岩上打锚杆，铺挂钢丝网，向打完锚杆和挂完钢丝网后的井壁围岩喷射混凝土。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤4）中，所述锚杆与岩层面的夹角在75~90°之间，间排距在设计值的±100mm内，锚杆锚固力在64~100KN之间，预紧力矩大小在140Nm~200Nm之间，锚杆孔深2150mm，锚杆外露长度从托盘算起小于等于50㎜，所述钢丝网由钢丝编织而成，相邻两块钢丝网之间压茬连接，压茬长度在100mm~150mm之间；喷射混凝土强度为C20，配合按重量比计，水泥：砂：石子=1：2：2，水灰比0.4～0.5，水泥为425号普通硅酸盐水泥；砂为中粗河砂，含水率4%～6%；石子为5～10mm青石子。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤5）具体步骤为

5-1）首先对井壁进行敲帮问顶，将危岩从井壁凿去，对局部突出的岩石刷掉，将岩面找平，在局部破坏的井壁围岩上打锚杆，铺挂钢丝网；

5-2）向打完锚杆和挂完钢丝网后的井壁多次喷射混凝土，直至与原井壁喷平；喷浆期间预埋注浆管，喷浆后注浆充填。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤5-2）中，每次喷射混凝土的厚度为200mm，其后在喷射混凝土的表面挂钢丝网，再在挂钢丝网的喷射混凝土表面进行下一轮混凝土喷射，如此循环，直至与原井壁喷平；注浆材料使用425级普通硅酸盐水泥和液体水玻璃，其液体水玻璃的浓度为38～42Be＇，模数为2.8～3.2，水泥浆液与水玻璃浆液的体积比为1:1。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤6）具体步骤为

6-1）沿井筒由上往下对井壁破坏部位分段进行锚网喷临时支护与顶柱临时支护，锚网喷临时支护结束后，采用顶柱支护塌落顶板；

6-2）沿井筒由下往上分段固定钢模板：在临时支护完毕后，将最下层组合钢模板固定于完好井壁上，最下层钢模板架设水平，由下往上分段固定钢模板，钢模板与钢模板之间用螺栓连接；

6-3）浇筑混凝土：立模完毕后，浇筑混凝土，将混凝土冲入钢模板与井壁破坏区域的空间内；

6-4）沿井筒由上向下依次架设井圈：从破坏区域上方从上向下依次架设井圈，最后一架井圈位于破坏区域下方，所述井圈由若干节型钢搭接而成，搭接处用卡缆固定，每间隔一定距离架设一架井圈，井圈固定在井壁上，井圈间用拉杆竖向相连。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤6-4）中，从破坏区域上方5.0 m开始从上向下依次架设井圈，最后一架井圈位于破坏区域下方5.0m，所述井圈由6节36U型钢搭接而成，搭接长度500mm，36U型钢搭接处用卡缆固定，每节36U型钢上开设两个孔道，用Φ20×2400mm树脂锚杆穿过36U型钢上的孔道将井圈固定在新浇筑的混凝土井壁上，各井圈间距500mm，井圈间用若干根Φ20圆钢的Z型拉杆竖向相连。

上述基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，所述步骤7）具体步骤为

7-1）沿井筒由上往下分段对井壁破坏部位进行锚网喷临时支护与顶柱临时支护，锚网喷临时支护结束后，采用顶柱支护塌落顶板；

7-2）在水平贯通区域，由底板向上每间隔一定距离依次架设大井圈，第一架大井圈架设在底板上，每架大井圈用锚杆固定在井壁上或在井壁围岩与大井圈架设若干根钢管将大井圈顶住，不让其移动，在破坏区域内采用树脂锚杆搭设成纵横网络支护；

7-3）沿井筒由下往上分段固定钢模板：在临时支护完毕后，将最下层组合钢模板固定于完好井壁上，最下层钢模板架设水平，由下往上分段固定钢模板，钢模板与钢模板之间用螺栓连接；

7-4）浇筑混凝土：立模完毕后，浇筑混凝土，将混凝土冲入钢模板与井壁破坏区域的空间内；

7-5）沿井筒由上向下依次架设井圈：从破坏区域上方从上向下依次架设井圈，最后一架井圈位于破坏区域下方，所述井圈由若干节型钢搭接而成，搭接处用卡缆固定，每间隔一定距离架设一架井圈，井圈固定在井壁上，井圈间用拉杆竖向相连。

本发明的有益效果在于：本发明首先对井壁的破裂程度进行分类，然后根据不同的井壁破裂程度，采取相应的修复加固方法；本发明涵盖了井壁从表面裂纹到深部掏空不同破裂程度和深度的修复施工方法，突破了单一井壁施工修复工艺的局限性，满足了立井井壁修复领域突发综合性治理方案的迫切需要，具有安全可靠、工期较短、实用高效的优点。

附图说明

图1为类型Ⅰ情况下井壁修复水平俯视图。

图2为类型Ⅰ情况下井壁修复纵向剖面图。

图3为类型Ⅱ情况下井壁破坏区域水平俯视图。

图4为类型Ⅱ情况下井壁修复水平俯视图。

图5为类型Ⅲ情况下井壁破坏区域纵向剖面图。

图6为类型Ⅲ情况下井壁修复纵向剖面图。

图7为类型Ⅳ情况下未架设井圈时的井壁修复施工图。

图8为类型Ⅳ情况下架设井圈时的井壁修复施工图。

图9为类型Ⅴ情况下井壁修复纵向剖面图。

图中：1、井壁、2、井圈、3、锚杆、4、卡缆、5、开裂部位、6、钢丝网、7、混凝土、8、破坏处、9、托盘、10、注浆管、11、喷混凝土系统、12、拉杆、13、钢模板、14、顶柱、15、顶撑、16、大井圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种基于井壁破裂程度分类的不同修复加固方法，包括以下步骤：

1）根据井壁的破裂范围、破裂深度将井壁的破裂程度由轻到重分为Ⅰ-Ⅴ五个类别：

Ⅰ. 井壁上只出现开裂现象，井壁完整，无掉块；

Ⅱ. 井壁局部破坏深度在500mm以内，破坏区域未水平贯通；

Ⅲ. 井壁局部破坏深度大于500mm且小于1000mm，破坏区域未水平贯通；

Ⅳ. 井壁局部破坏深度大于1000mm，破坏区域未水平贯通；

Ⅴ. 井壁破坏区域水平贯通。

2）判断待修复井筒破坏情况的所述类别，若属于Ⅰ类，则进入步骤3）；若属于Ⅱ类，则进入步骤4）；若属于Ⅲ类，则进入步骤5）；若属于Ⅳ类，则进入步骤6），若属于Ⅴ类，则进入步骤7。

3）采用架设井圈加固法。如图1、图2所示，具体方法如下：在立井井口搭建临时提升系统，让吊盘缓慢停落在井壁1开裂部位5最底处，人员站在吊盘上由下向上依次架设井圈2，井圈2采用36U型钢，每架井圈2使用6节36U型钢搭接，搭接长度500mm，搭接处用卡缆4固定，每隔400mm架设一架井圈2；井圈2采用锚杆3固定在井壁1上，锚杆3采用Φ20×2400mm树脂锚杆。

4）采用锚网喷支护加固法。如图3所示，具体方法如下：井壁进行敲帮问顶，将危岩从井壁1凿去，对局部突出的岩石采用风镐刷掉，尽量将岩面找平，在局部破坏处8的井壁围岩上打锚杆3，挂网，喷浆。所述锚杆3与岩层面的夹角在75°~ 90°之间，间排距不得超过设计值的 ±100mm，锚杆3的锚固力在64~100KN之间，预紧力矩大小在140Nm~200Nm之间，锚杆孔深2150mm，锚杆3外露长度从托盘9算起不大于50㎜，所述挂网为顺局部破坏井壁围岩铺设挂钢丝网6，钢丝网6由Ф6mm的钢丝编织而成，相邻两块钢丝网6之间压茬连接，压茬长度不小于100mm。所述喷浆为向打完锚杆3和挂完钢丝网6后的井壁1喷射混凝土7，喷射混凝土强度为C20，配合比为水泥：砂：石子=1：2：2，水灰比0.4～0.5（重量比），水泥为425号普通硅酸盐水泥；砂为纯净的中粗河砂，含水率4%～6%；石子为5～10mm青石子。为保证喷层强度、缩短凝固时间，在喷射料中掺加8%的高强砼混合添加剂、早强剂。

5）采用锚网喷支护和壁后注浆联合加固法。如图4所示，具体方法如下：

5-1）首先对井壁进行敲帮问顶，将危岩从井壁1凿去，对局部突出的岩石采用风镐刷掉，尽量将岩面找平，在局部破坏处8的井壁1上打锚杆3，挂网，喷浆。所述锚杆3与岩层面的夹角在75°~ 90°之间，间排距不得超过设计值的±100mm，锚杆3的锚固力在64~100KN之间，预紧力矩大小在140Nm~200Nm之间，锚杆孔深2150mm，锚杆3外露长度从托盘9算起不大于50㎜，所述挂网为顺破坏井壁铺设挂双层钢丝网6，钢丝网6由Ф6mm的钢丝编织而成，相邻两块钢丝网6之间压茬连接，压茬长度在100mm~150mm之间；

5-2）向打完锚杆3和挂完钢丝网6后的井壁1多次喷射混凝土7，每次喷射混凝土的厚度h为200mm，其后在喷射混凝土的表面挂钢丝网6，再在挂钢丝网6的喷射混凝土表面进行下一轮混凝土喷射，如此循环，直至与原井壁喷平，喷射混凝土采用的原料与井壁局部破坏深度在500mm以内，破坏区域未水平贯通的情况相同，喷浆期间预埋注浆管10，喷浆完成后进行壁后注浆充填，注浆材料使用425级普通硅酸盐水泥和液体水玻璃，其液体水玻璃的浓度为38～42Be＇，模数为2.8～3.2，水泥浆液与水玻璃浆液的体积比为1:1。

6）采用锚网喷临时支护和顶柱支护后，固定钢模板，然后浇筑混凝土进行充填修补，再进行井圈支护。如图5、图6所示，具体方法如下：

6-1）沿井筒由上往下分段对井壁破坏部位进行锚网喷临时支护与顶柱临时支护，所述锚网喷临时支护与步骤4）中相同，在锚网喷临时支护结束后，采用顶柱14支护塌落顶板。安设顶柱间距2m，顶柱架设在硬底上，且用锚杆或铁丝固定；

6-2）沿井筒由下往上分段固定钢模板13。在临时支护完毕后，吊盘停落在井壁破坏区域下方5.0m，人员站在吊盘上沿井壁用4根Φ20×2400mm树脂锚杆固定1.25×1.25×0.8m组合钢模板13于完好井壁上，最下层钢模板必须架设水平, 然后沿井筒由下往上分段用顶撑15固定钢模板13，钢模板与钢模板之间用螺栓连接；

6-3）浇筑混凝土。立模完毕后，浇筑强度等级为C25的混凝土，混凝土用输送泵输送，沿溜灰管向下运输，在上盘上设置一个缓冲器，减缓混凝土速度，浇筑混凝土时，人员站在吊盘上将混凝土冲入钢模板与井壁破坏区域的空间内，充填时要求均匀、对称，保证充填饱满无空洞；

6-4）沿井筒由上向下依次架设井圈。从破坏区域上方5.0 m从开始从上向下依次架设井圈2，最后一架井圈2位于破坏区域下方5.0 m，所述井圈2由6节36U型钢搭接而成，搭接长度500mm，通过卡缆将6节36U型钢固定，用每节36U型钢开设两个孔道，Φ20×2400mm树脂锚杆穿过36U型钢上的孔道将井圈固定在新浇筑的混凝土井壁上，各井圈间距500mm，井圈间用6根Φ20圆钢的Z型拉杆12竖向相连。

7）采用锚网喷临时支护和顶柱支护后，用大一号的大井圈16填补在水平贯通破坏区域里，接着用顶撑15固定钢模板，然后浇筑混凝土，最后进行井圈支护。如图7所示，具体方法如下：

7-1）沿井筒由上往下分段对井壁破坏部位进行锚网喷临时支护与顶柱临时支护，所述锚网喷临时支护与步骤4）中相同，在锚网喷临时支护结束后，采用顶柱14支护塌落顶板。安设顶柱间距2m，顶柱架设在硬底上，且用锚杆或铁丝固定；

7-2）在水平贯通区域，由底板向上依次架设大井圈16，每架大井圈16间距为500mm，大井圈16直径比井筒直径大600mm，第一架大井圈架设在底板上，每架大井圈用锚杆固定在井壁上或在井壁围岩与大井圈架设若干根6寸钢管将大井圈顶住，不让其移动，在破坏区域内采用树脂锚杆搭设成纵横网络支护；

7-3）沿井筒由下往上分段固定钢模板13：在临时支护完毕后，吊盘停落在井壁破坏区域下方5.0m，人员站在吊盘上沿井壁用4根Φ20×2400mm树脂锚杆固定1.25×1.25×0.8m组合钢模板13于完好井壁上，最下层钢模板必须架设水平，然后沿井筒由下往上分段用顶撑15固定钢模板13，钢模板与钢模板之间用螺栓连接；

7-4）浇筑混凝土：立模完毕后，浇筑强度等级为C25的混凝土，混凝土用输送泵输送，沿溜灰管向下运输，在上盘上设置一个缓冲器，减缓混凝土速度，浇筑混凝土时，人员站在吊盘上将混凝土冲入钢模板与井壁破坏区域的空间内，充填时要求均匀、对称，保证充填饱满无空洞；

7-5）沿井筒由上向下依次架设井圈。从破坏区域上方5.0 m从开始从上向下依次架设2井圈，最后一架井圈2位于破坏区域下方5.0 m，所述井圈2由6节36U型钢搭接而成，搭接长度500mm，通过卡缆将6节36U型钢固定，用每节36U型钢开设两个孔道，Φ20×2400mm树脂锚杆穿过36U型钢上的孔道将井圈固定在新浇筑的混凝土井壁上，各井圈间距500mm，井圈间用6根Φ20圆钢的Z型拉杆12竖向相连。

本发明涵盖了井壁从表面裂纹到深部掏空不同破裂程度和深度的修复施工方法，突破了单一井壁施工修复工艺的局限性, 满足了立井井壁修复领域突发综合性治理方案的迫切需要。是安全可靠、工期较短的实用高效的立井井壁修复施工方法。