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1、花园煤矿主副井内层可缩井壁花园煤矿主副井内层可缩井壁井壁可缩装置方案初步设计井壁可缩装置方案初步设计目 录1工程背景.21.1 井壁竖向压裂.31.2 破裂时间集中.31.3 破裂位置集中.41.4 地质条件相近.41.5 地表明显下沉.42井壁破裂机理.53预防新建井发生井壁破裂灾害技术.53.1 增大井壁厚度，提高井壁材料强度，承受附加力.63.2 采用新型井壁结构，适应附加力.63.2.1 滑动可缩井壁.63.2.2 双层整体可缩井壁.63.2.3 双层内层可缩井壁.74管板组合式井壁可缩装置.84.1 管板组合式井壁可缩装置简介.84.2 管板组合式井壁可缩装置的设计.104.3 管板
2、组合式井壁可缩装置的现场应用情况.115井壁可缩装置的设计.115.1 主、副井壁结构与井筒地质情况.115.2 主、副井井壁可缩装置的设计.145.2.1 可缩结构的位置与数量.145.2.2 可缩装置的宽度.145.2.3 可缩装置的可缩量.145.2.4 可缩装置内外壳厚度.145.2.5 可缩装置其余部件及尺寸.156现场安装照片.157内层可缩井壁装置费用概算.171 工程背景自一九八七年以来，淮北、大屯、徐州、永夏和兖州等矿区已有 90 多个立井井筒相继发生了井壁破裂灾害(见表 1.1)，造成了巨大的经济损失，严重地威胁着矿井的安全与生产。立井井壁破裂现象具有如下共同特征。1.1
3、井壁竖向压裂深厚表土层中的立井井壁发生破裂时，内壁混凝土成块剥落，纵筋向内弯曲，横向裂纹、裂缝在水平方向交圈（图 1.1、图 1.2） ，破裂处漏水、甚至涌沙，严重时，混凝土掉块砸坏设备和井筒装备。此外，罐梁向上弯曲，罐道、排水管、压风管等发生纵向弯曲，严重时会扭曲变形，造成卡罐事故。可见，井壁破裂灾害对人生安全和煤矿的安全生产都构成了严重威胁。图 1.2 典型井壁破裂实物图图 1.1 典型井壁破裂展开图1.2 破裂时间集中均发生于每年的 410 月份，大多集中于 68 月份。1.3 破裂位置集中多在第四系深厚表土层与基岩交界面附近，伴随之有地表沉降（图 1.3） 。1.4 地质条件相近破坏井
4、筒都穿过较厚的第四系表土层，层厚大多在 100m 以上，表土层含水层的水位均有下降,下降量 30m-150m 不等,下降速率多在 0.03-0.12MPa/a 之间。1.5 地表明显下沉伴随着下部含水层水位下降，破坏矿井工业广场地表均有不同程度的下沉，下沉幅度达 100mm500mm；沉降速率在 10-50mm/a 左右；沉降率（地表下沉量与表土层厚度之比）为 1.52左右。这种立井井壁破裂灾害影响范围之大，造成的后果之严重，在国内外都是前所未有的。因井壁破裂而停产进行抢险加固所造成的直接和间接经济损失就达数亿元；而且临时加固使得井筒净直径减小,限制了矿井的提升能力，影响矿井的正常生产；然而更
5、重要的是抢险加固后的井壁埋藏着隐患，井壁时有继续破坏的可能，必须得以彻底根治。 表 1.1 部分已破坏井筒序号井筒名称序号井筒名称序号井筒名称序号井筒名称1海孜主井26三河尖副井51兴隆庄副井76葛店副井2海孜副井27三河尖风井52兴隆庄西风井77车集主井3海孜中央风井28张集主井徐州53兴隆庄东风井78车集副井4海孜西风井29张集副井徐州54杨村主井79车集南风井5临涣副井30沛城主井55杨村副井80车集北风井6临涣东风井31沛城副井56杨村南风井81陈四楼主井7临涣西风井32龙固副井徐州57杨村北风井82陈四楼副井图 1.3 井壁破坏位置与地质条件示意1-基岩 2-含水层 3-井壁破坏区
6、4-外凸竖筋 5-粘土隔水层 6-井壁 7-深厚表土层8童亭主井33龙固主井徐州58南屯风井83东荣一矿主井9童亭副井34龙东主井59济宁三号矿风井84东荣一矿副井10童亭中央风井35龙东副井60济宁三号矿副井85东荣一矿风井11芦岭主井36龙东东风井61泗河主井86东荣二矿主井12芦岭副井37孔庄主井62泗河副井87东荣二矿副井13桃园主井38孔庄副井63横河主井88东荣二矿风井14桃园副井39孔庄南风井64横河副井89东荣三矿主井15桃园风井40姚桥主井65太平副井济宁90东荣三矿副井16任楼主井41姚桥副井66太平主井济宁91东荣三矿风井17任楼副井42徐庄主井67鹿洼主井92小茅山铜矿
7、主井18任楼风井43徐庄副井68鹿洼副井93小茅山铜矿风井19前岭北风井44徐庄风井69杨庄主井济宁9420前岭中风井45付村主井70杨庄副井济宁9521祁南副井46鲍店主井71杨庄风井济宁9622张双楼主井47鲍店副井72田庄主井9723张双楼副井48鲍店北风井73田庄副井9824张双楼南风井49鲍店南风井74金桥副井9925三河尖主井50兴隆庄主井75葛店主井1002 井壁破裂机理通过大型模拟试验，中国矿业大学和大屯煤电公司于 1989 年首次证实了特殊地层含水层疏排水时井壁竖直附加力的存在，提出了井壁破裂机理：表土含水层疏水，造成水位下降，含水层的有效应力增大，产生固结压缩，引起上覆土体
8、下沉。土体在沉降过程中施加于井壁外表面一个以往从未认识到的竖直附加力。竖直附加力增长到一定值时，混凝土井壁不能承受巨大的竖直应力而破坏。竖直附加力是导致井壁破裂的主要因素。传统的表土层井壁结构与设计视井壁受力为静态、平面问题。在设计井壁时，认为井壁自重的 3/4 由地层围抱力所抵消;但当表土含水层失水时,地层不但不能承担一部分井壁自重,反而对井壁作用有向下的、随时间增长的竖直附加力。这说明此种情况下井壁受力问题是一个动态、空间问题，而不是静态、平面问题。这一观念是对井壁受力工况认识上的一次飞跃。在此认识的基础上，提出了新的井壁设计原则和方法，开发出了新的井壁结构型式以及井壁破裂灾害的防、治技术。3 预防新建井发生井壁破裂灾害技术根据
