花园煤矿主副井可缩装置方案初步设计(编辑修改稿)

花园煤矿主副井可缩装置方案初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

张双楼南风井 49 鲍店南风井 74 金桥副井 99 25 三河尖主井 50 兴隆庄主井 75 葛店主井 100 2 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 根据井壁破裂机理，竖直附加力主要与以下两组参数有关： 1) 井壁结构及其几何、物理、力学参数； 6 2) 地层的几何、物理、力学参数。 相应地，应建立新的井壁设计原则，在此基础上开发预防井壁破裂的 技术。 在新的井壁设计中，应该充分认识井壁 —— 地层的相互作用；充分考虑特殊地层对井壁所造成的竖直附加荷载；考虑全部井壁自重、井筒装备重量和井塔重量。 考虑温度变化可能造成的附加荷载，按空间问题理论进行设计计算，用第四强度理论进行强度验算。 增大井壁厚度，提高井壁材料强度，承受附加力 从理论上讲，采用这种“硬抗”的办法预防新建井井壁破裂是可能的，但是由于工况条件限制，要在冻结井筒施工中采用 C70 以上的混凝土材料是很困难的。 在表土层厚达 250m 的双层井壁设计中，若考虑附加力、井壁自重和井塔重量，即使采用如此高标号的 混凝土材料，井壁厚度仍需 ，甚至更大。 显然，当表土层较厚时，仅靠加大井壁厚度、采用超高强混凝土材料在技术上、经济上都是不尽合理的。 因此，此种方案只宜在表土较浅时采用。 采用新型井壁结构，适应附加力 基于多年来对深厚表土层中井壁受力、井壁结构与设计的研究，中国矿业大学开发出了适用于冻结井筒的“滑动可缩井壁 ”（ 1991 年）和“双层整体可缩井壁”（ 1996）结构形式，以及适用于钻井井筒的“单层整体可缩井壁”（ 1993）结构形式。 滑动可缩井壁 滑动可缩井壁结构形式如图 所示。 根据工程地质、水文地质条件，在外壁中设一层或多层可压缩层，以适应于附加力的作用，可缩层采用 PVC 板、木质垫板或薄钢板盒；内外壁间设沥青滑动层，以消除内外壁间的刚性约束，减少附加力对内壁的影响并使内壁受力均匀、可知；内壁采用普通的钢筋混凝土结构，其外载是由沥青滑动层传递的竖向和水平荷载。 这种井壁结构各部分功能比较明确、防水性能好、井内装备 无需可缩，但井壁施工工艺 图 滑动可缩井壁结构示意 1外壁 2泡沫塑料夹层 3沥青滑动层 4可压缩层 5内壁 6表土层 7基岩 8井筒中心线 7 较复杂，造价较高。 双层整体可缩井壁 图 是根据冻结井壁受力和施工的特点而设计的双层整体可缩井壁示意。 在靠近表土与基岩交界面附近隔水层中的内层井壁和外层井壁内各设置一个可缩接头。 沥青夹层起密封和滑动作用。 这样改变了原来普通冻结井壁的竖向抗压刚度，使井壁在受有较大竖向力时能与地层一起下沉，以免遭破坏。 采用这种井壁结构使得井壁竖向变形部位及其位移量可知，但同时要求井筒装备可缩。 该种井壁的大部分是与普通复合井壁一样的，只将局部井壁替换为可缩接头，其施工工艺基本上与普通冻结井壁相同，比滑 动可缩井壁要简单得多，故造价也较低。 192345678 图 双层整体可缩井壁结构示意 1内壁 2夹层 3外壁 4表土层 5内壁可缩层 6沥青缩层 7外壁可缩层 8基岩 9井筒中心线 内壁塑料夹层外壁内壁可压缩层井筒中心线冲积层基岩 图 双层内层可缩井壁结构示意 双层内层可缩井壁 图 是根据冻结井壁受力和施工的特点而设计的双层内层可缩井壁结构示意。 在靠近表土与基岩交界面附近隔水层中的内层井壁设置一个可缩接头。 通过改变了原来普通冻结井壁的竖向抗压刚度，使井壁在受有较大竖向力时在可缩接 头位置能与地层一起下沉，以免内壁遭受破坏。 采用这种井壁结构使得井壁竖向变形部位及其位移量可知，但同时要求井筒装备可缩。 该种井壁的大部分是与普通复合井壁一样的，只将局部井壁替换为可缩接头，其施工工艺基本上与普通冻结井壁相同，比双层滑动可缩井壁更加简单，故造价也最低。 综上所述，在深厚表土层的新井井壁设计中，采用加大井壁厚度、选用高强材料的方法来承受附加力、防止井壁破坏从理论上讲是可能的，但在技术和经济上都是不尽合 8 理的，应采用新型井壁结构来适应附加力的作用。 新型的滑动可缩井壁结构、单层整体可缩井壁结构、双层整体 可缩井壁结构、双层内层可缩井壁结构均可以适应由于地层沉降对井筒产生的竖向附加力，而其中尤以双层内层可缩井壁结构施工最简单，造价最低，因此目前双层内层可缩井壁在永夏矿区新桥煤矿主副井、城郊煤矿东风井、鲁能荷泽煤电集团郭屯煤矿主副风井、河南吴桂桥煤矿有限公司主副井、淮南矿业集团丁集煤矿主副风井等矿井 均 得到了推广应用。 4 管板组合式井壁可缩 装置。