[发明专利]一种防治立井井筒破坏的方法

说明书

技术领域

本发明涉及采矿工程、矿井水文地质领域，特别是运用矿井水文地质技术手段防治煤矿立井井筒破裂的一种防治立井井筒破坏的方法。

背景技术

黄淮地区地处黄河、淮河平原，普遍存在着深厚(厚度大于100m)的新生界冲积层。该地区是我国重要的煤炭能源基地，分布有：淮南、淮北、永夏、平顶山、大屯、徐州、枣庄、兖州、巨野、肥城、新汶等大型矿区，建有300余个通过厚冲积层的立井井筒，年产煤量超过2亿吨。1987年立井井筒突发破裂灾害，此后每年均有新的井壁破裂灾害发生，至2005年底已达93个。

为防治井壁破坏，目前主要采用以下方法：

1)井圈加固井壁。初始阶段井壁破坏具有突发性，为尽快控制破坏的发展，采用槽钢井圈对井壁破坏段进行加固。可保障短期内提升安全运行。

2)卸压槽治理。在附加压应力大的井壁段，于井壁上沿环向开一个槽，在槽内放置压缩性材料，一般为木材。通过人为降低该处井壁的强度，增大压缩量，达到减小井壁应力的目的。是目前最常用措施，但需要随着地层压缩而反复扩槽。

3)套壁加固。在附加压应力大的井壁段和破坏井壁段，在井筒内再套一层砼内壁加强井壁强度，套壁厚250～300mm。套壁需要原井筒有富余断面积。原认为套壁可长期治理，但近年来一些套壁井筒在原处又出现再次破坏。

4)地层注浆。按施工方法分为“壁后注浆”和“地面注浆”两种：①壁后注浆。在井筒内打钻穿过井壁对地层进行注浆。破壁注浆的地层加固范围一般为壁后5m以内，减小井壁压缩变形不显著，难以作为长期治理的方法。但破壁注浆可有效减少井壁漏水量，施工费用低，因此也是常用措施。②地面注浆。为加大注浆加固地层的范围或井筒内没有施工条件，在地面打钻对冲积层的主压缩层注浆加固，目的是减少地层压缩量从而减小井壁附加应力。

上述井筒破坏治理方法主要缺点如下：①井圈加固井壁是短期措施，无法达到长期治理效果；②卸压槽法治理占用井筒时间长；③井壁破裂后套壁的治理机理不合理，易在原破裂处出现再次破裂；④地面注浆法治理工程费用高；⑤壁后注浆法减小井壁压缩变形不显著；⑥井筒每隔几年需再次治理；⑦治理工程存在一定的风险，包括：封堵含水层困难、井壁开裂、掉井壁块、设备变形等。因此，有必要研究更安全经济的井筒破坏防治技术。

由以上可见，水位、冲积层和井壁是井筒破坏的三要素。以往的防治方法：针对冲积层采用地层注浆加固冲积层减少压缩量等治理措施；针对井壁采用开卸压槽(让)、套壁和井圈加固(抗)等治理措施。根据井筒破坏机理，如果松散含水层水位保持长期稳定，则冲积层不出现压缩变形，井筒就不会破坏，但到目前为止还没有采用地面注水稳定水位法防治井筒破坏的工程实例。

发明内容

为了克服现有各种防治立井井筒破坏的方法所存在的上述不足，本发明提供一种防治立井井筒破坏的方法，它从矿井水文地质的角度分析，根据井壁破坏的机理，找出根治立井井筒破坏的办法，使井筒破坏防治效果更佳，更安全经济，施工更方便。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种防治立井井筒破坏的方法，采用地面注水稳定水位法防治立井井筒破坏。具体如下：

a.首先分析井筒范围冲积层的结构和水动态特征，确认冲积层中含三年以上水位持续下降的含水层；选择冲积层中三年以上水位持续下降的松散含水层作注水层位。

b.在井筒附近地面施工注水孔；注水孔的结构与水文长期观测孔结构一致：①注水层位采用注水的花管；②注水层位以上采用实管，隔断上面含水层的水力联系；③注水层位以下至冲积层底界采用实管，沉淀岩粉；④冲积层底界至注水钻孔底界用水泥封闭；⑤注水孔花管的埋深及长度根据注水层位的位置和厚度确定。

c.先选用自来水系统注水，若注水量小、注水效果不明显，则采用水泵高压注水，将水通过注水孔注入注水层位。

d.在注水期间进行注水效果监测，包括含水层水位监测和井壁变化监测；根据注水效果监测结果决定注水量的调整，保持井筒及附近含水层水位增高且相对稳定，减小井筒周围松散土层由于水位下降导致的压缩应变量及对井壁产生的附加压应力。

井壁变化监测包括：①井壁出水点监测：观测注水后井壁出水点及出水点的出水量增加与否；②井壁应力应变监测：监测注水后井壁多个测点的垂直应力应变改变与否。

本发明的有益效果是：