3 破裂原因分析
由于冻结法施工工序复杂，加之地层的不确定 性，很多井筒在施工时外层井壁容易出现破裂等现 象。针对该矿副立井井筒井壁发生的破裂等情况， 分析了其主要原因。
（ 1） 从地层情况来看，破坏段井壁地层为粉砂 岩、砂 质 泥 岩 和 泥 岩，岩 层 膨 胀 率 为 2. 95% ～ 7. 85% 。这些岩层膨胀性大、膨胀速度快，井筒开挖 后冻结压力迅速增加，而混凝土早期强度增加慢，这 就使外层井壁的强度与冻结压力增长不相匹配，造 成井壁的破坏。
井筒所穿过的含水层自上而下依次划分为第四
收稿日期： 2012 － 06 － 26 作者简介： 李书勇（ 1973—） ，男，河北石家庄人，工程师，1997 年毕 业于太原理工大学，现从事煤矿技术管理工作。
系孔隙潜水含水层、第三系孔隙承压含水层以及白 垩系风化岩层孔隙、裂隙承压含水岩层以及白垩系 煤系地层裂隙承压含水层。其中第四系孔隙潜水含 水层和第三系孔隙承压含水层属中等富水含水层， 其他含水层富水性弱。副立井和回风立井井筒松散 系地层涌水量为 13. 19 ～ 14. 61 m3 / h，风化岩层涌 水量为 9. 19 ～ 10. 11 m3 / h，基 岩 涌 水 量 为 2. 36 ～ 2. 62 m3 / h。
1 井筒地质条件
矿井副立井、回风立井穿过的地层自上而下依 次为第四系、第三系、白垩系下统巴彦花组。第四系 厚 23. 5 m，第三系厚 34. 0 m，白垩系下统巴彦花组 厚 152. 5 m。第四系地层主要由风积和冲湖积形成 的亚砂土、粉—细砂及亚黏土组成，第三系地层主要 由棕红色黏土岩及薄层细、中、粗砂岩组成，白垩系 地层上部主要由风化的砂砾岩、粉砂岩和泥岩组成， 下部由易软化的泥岩、粉砂岩和砂岩组成。第四系 和第三系地层属不稳定的冲积地层，白垩系地层属 不稳定的软弱类岩层，各类岩层抗压强度均小于 1 MPa。第三系地 层 中 的 亚 黏 土、黏 土 和 白 垩 系 风 化 地 层 中 的 泥 岩、粉 砂 岩 具 有 膨 胀 性，膨 胀 率 为 2. 95% ～ 7. 85% 。
（ 2） 铺设聚苯乙烯泡沫板。根据相关研究表 明： 铺设 75 mm 泡沫板后，冻结压力可延缓 3 ～ 4 d， 可降低 50% 的冻结压力。但铺设泡沫板的厚度能 影响井壁结构的安全性。泡沫塑料板厚度选择过 大，可能出现的问题是井帮位移过小，导致井帮与井 壁间接触不实，摩擦力小，井壁继而可能发生下沉。 泡沫塑料板厚度选择过小，则在有膨胀性的黏土中 开挖井筒后，迅速增长的井帮变形压力使得浇筑的 混凝土在达不到设计最终强度的情况下发生破坏，
2 井筒破裂情况
副立井和回风立井施工至白垩系地层风化基岩 后，井筒外层井壁均出现不同程度的开裂、露筋、脱 皮等现象。回风立井破坏程度较轻，采取一定修复 措施后，井壁已稳定。但副立井破坏程度较大，在井 深 69 ～ 95 m 段外层井壁破坏明显，根据实测数据， 副立井外层井壁收缩位移最大为 200 mm，现场施工 时采取了增加聚苯乙烯泡沫板、开凿卸压槽等措施 后，井壁依然有收缩变形。
2012 年第 12 期
中州煤炭
总第 204 期
冻结法凿井井壁破裂原因及支护对策
李书勇
( 阳煤集团 碾沟公司，山西 清徐 030400)
摘要： 查干淖尔一号井副立井施工至白垩系地层风化基岩时，井筒外层井壁开裂、露筋、脱皮等现象严重，破
坏程度较大。简要分析了副立井的地质条件，通过分析该井筒破裂的原因，有针对性地采取了提高混凝土早
4 返修段井筒支护对策
针对副立井井壁出现的破裂问题，在井筒返修 重新进入该地层时，需要根据该地层特点和现场实 际情况重新确定井壁支护参数。为此，根据该地层 膨胀特点及冻胀压力大的特点，在井筒支护方面，主 要考虑提高混凝土早期强度，并根据井壁实测变形 位移，研究铺设聚苯乙烯泡沫板厚度的问题，在井筒 施工方面，则要根据实际条件严格按相关规范进行 施工。
（ 1） 提高混凝土早期强度。提高混凝土早期强 度的目的是适应膨胀性岩层初期冻结压力增加快的 特点，其主要途径有增加早强剂或减水剂。另外，在 井壁结构设计时，在遇到有膨胀性的岩层时，可采用 高强度的混凝土。采用高强度混凝土的主要原因是 其早期强度即使增加相对于冻结压力慢，但其早期 增加的绝对强度数量上已可抵挡冻结压力，虽然混 凝土最终设计强度有富余，但也是一种可保证井筒 安全通过有膨胀性岩层比较实用的方法。在井壁结 构设计中，要预先计算冻结压力 3 d 内达到 70% 的 冻结压力，再按选定的混凝土强度的 60% 计算此时 的井壁厚度，若此时确定的混凝土强度和井壁厚度 能抵抗冻结压力的 70% ，则可保证选定的混凝土强 度等级和井壁厚度在早期是安全的。此外，选定的 混凝土强度等级和井壁厚度也必须能抵抗最终的抗 冻结压力。
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中州煤炭
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（ 2） 从施工方面来说，冻结壁强度、掘进段高、 混凝土强度以及现场施工管理中出现的问题均有可 能造成井壁破裂。
在施工中处理此类问题的一般原则是，遇到井 壁出现问题应及时观测井壁变形情况。井壁变形超 出预计时，立 即 采 取 减 少 掘 进 段 高、增 加 混 凝 土 强 度、降低井帮温度等措施，必要时应立即停止施工， 以防止井壁进一步发生破坏。
期强度、铺设聚苯乙烯泡沫板等措施，使井筒施工安全穿过了具膨胀性的不稳定地层。
关键词： 冻65． 3
文献标志码： B
文章编号： 1003 － 0506（ 2012） 12 － 0069 － 02
查干淖尔一号井位于内蒙古自治区锡林郭勒盟 阿巴嘎旗南部查干淖尔镇境内，该矿井是查干淖尔 矿区开发的第 1 对矿井，设计生产能力 8. 0 Mt / a，采 用立井开拓，中央并列式通风系统。矿井投产时共 布置 3 个井筒，分别为主斜井、副立井和回风立井。 主斜井净宽 5. 0 m，井筒倾角 16°，斜长 740. 0 m； 副 立井净直径 9. 0 m，垂深 210. 0 m； 回风立井净直径 6. 0 m，垂深 210. 0 m。主斜井浅部采用冻结法 施 工，深部采用普通法施工。副立井和回风立井均采 用冻结法施工。副立井和回风立井先于主斜井施 工。