树人论文刊发深部矿井井筒突水原因

　　【摘 要】该文笔者结合某矿井筒突水原因进行了分析，提出采用壁间注浆技术，能达到了预期治水目的，治水效果显著，具有一定借鉴意义。

　　【关键词】井筒破裂;新地层孔隙水;温度应力;壁间注浆

　　0.井筒概况

　　某矿井田含水层(组)水由新生界松散砂层孔隙水、基岩砂岩裂隙水和灰岩岩溶裂隙水组成。第四系新地层厚度150m-394m，平均厚度295m，在井筒及其附近厚度约为330m，共有四个含水层、三个隔水层，自上而下相间分布。四含直接覆盖在基岩风化带之上，富水性不均一。回风井筒净直径Φ8.3m，设计累深1046.0m。累深369m以上为冻结段，井壁为复合钢筋砼井壁。其下井壁为素砼井壁。 回风井松散层厚328.65m，共有4个含水层。2008年12月15日回风井突水并逐渐增大。12月16日涌水量27.6m3/h，至12月20日达87m3/h，然后稳定在80m3/h。涌水中含有较少量泥砂，水质类型为K++Na+-Cl型。

　　出水段水温为25℃±。本区恒温带深度为30m，温度为16.8℃。平均正常地温梯度值2.83℃/100m，回风井“四含”底界328.65m，按公式t=16.8+2.83/100(H-30)。(t-温度，H-深度)求得25.3℃。

　　从水质、水量及温度特征可见：突水水源为新地层混合水，但第四含水层薄(工广区域厚度0 ～3.15m)且含水性弱，即其主要为第三含水层孔隙水。

　　1.井壁破裂特征与机理

　　1.1井壁受力分析

　　近年来，徐淮矿区冻结法施工的立井，在冻结壁解冻之后，井壁有关位置不同程度地均出现了裂缝，严重者涌水淹井。经归纳井壁主要受到5种外力作用：①在重力作用下，冲积层产生侧向水平作用力，水平地压对井壁产生影响;②该矿区处于平原南端，新构造运动活跃产生的地质构造应力对井筒产生影响;③内外井壁温度不一致，温度的变化引起井壁纵向、切向应力发生变化;④井壁本身受到井塔、井筒装备及井壁重量的影响，产生竖向应力⑤当冲积层下沉时，地层沉降对井壁产生垂直附加力。该矿回风井筒解冻后井筒发生了突水，主要原因井筒外壁一定深处产生了裂隙，水源从其裂隙突破进入壁间，然后从内壁注浆预埋管及井筒接茬缝突水。经分析：疏水沉降地层、井壁承受地压、自重等而引起的外力，但这些并不是破坏回风井筒所特有的，在此可不作重点研究。因此温度变化对其产生的影响——便成为一个不可忽视的因素(井壁温度应力)。

　　1.2中性层位置的确定

　　冻结法施工的井壁浇筑一般是-10℃。冻结壁解冻后，井筒周围的表土层温度将升高。此时，表土要热缩，而井筒却要热伸。这样井筒与表土之间必然会产生较大的摩擦力。势必井筒中表土段必产生一个平衡面的中性层(A—A)，即最危险截面。此层上方，井筒所受摩擦力向下，此层下方，井筒所受的摩擦力向上。

　　由于表土段井壁下方为坚硬岩层，故在此可假设基座不会发生向下的位移，于是中性层至基岩基座之间的井筒段沿竖直方向的变形量ΔL=0，由截面内力分析得-α△T(L-x)=0从而解得

　　R=α△TEA+-(1)

　　[(1)式中，E—弹性模量(33.0GPa);α—热膨胀系数(1.0×10-5);A—井壁内外横截面积[1/4π(D2-d2)=27.59m2;ΔT—温差(℃);N(s)—内应力]。联立求解式(2)、(4)、(5)，经整理并代入朱集东矿回风井的具体参数可得

　　k′2-0.2628001k′-(0.8122838+0.0357504ΔT)=0 (2)

　　回风井进入井底车场施工后，掘进工作面由于受地热的影响而温度较高(岩温40℃±)。受此影响，表土段井壁的温度相应也较高，通常在20℃±。在此，取中性层的井壁平均温度为20℃，则此处的温差ΔT=20℃-(-10℃)=30℃，解式(2)得k′=1.25。因此，中性层位置由式(2)代入数据得X=280.3m。可见，突水大量过水断面在此深度。

　　2.注浆方案设计

　　该井筒出水点特征：出水点多而分散、水源连通性强、静水压力较小。若进行壁后帷幕注浆，切断含水层与井壁之间的水力联系，难度大且费用高。因此采用壁间注浆，分两步进行：第一步封堵明显出水点;第二步进行壁间注浆。

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