竖井修复加固结构及修复加固施工方法

摘要

本发明提供一种竖井修复加固结构及修复加固方法。所述竖井修复加固的施工方法是首先通过锚杆钻孔注浆加固竖井内部破碎及渗水区域的围岩，对待修复部位进行止水；之后在渗水部位钻设多个泄水孔通过排水系统将渗水部位的水引入竖井井底以下的土层中，然后在竖井待修复部位下方的达到Ⅲ级岩体标准的井壁围岩或完整井壁上施工环形基座，并在环形基座上安装钢板筒，最后采用竖向混凝土输送管在钢板筒与井壁之间填充浇筑混凝土将钢护筒固定在竖井内壁上。本发明结构简单，施工工期短，对生产线影响小，便于施工、更换维修，可以适用于竖井堵井、井壁垮塌情况。

权利要求

1.一种竖井修复加固的施工方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)根据竖井渗水情况和施工设计方案，在竖井井壁渗水部位采取锚杆钻孔注浆，加固竖井内部破碎及渗水区域的围岩，对竖井井壁渗水部位进行止水；

(2)在每个渗水部位四周钻设多个泄水孔，并在竖井井壁竖向布设多个与泄水孔连通的排水管，每个排水管底部延伸至竖井井底以下，并将每个泄水孔排出水引入竖井井底以下的土层中；

(3)锚杆注浆止水系统及排水管施工完成之后，开始施工环形基座，在竖井待修复部位下方的达到Ⅲ级岩体标准的井壁围岩或完整井壁施工环形基座，首先在施工环形基座的井壁部位施工钢筋环梁，钢筋环梁是由型钢或钢轨与钢筋焊接而成的型钢、钢筋骨架环梁，并通过型钢或钢轨固定插入井壁围岩上，然后在型钢、钢筋骨架环梁浇筑混凝土形成一个固定在井壁上、且顶面平整的环形平台；

(4)基座施工完成之后，便开始安装钢板筒，所述钢板筒是采用多块弧形或半圆形钢板现场拼接而成，将弧形钢板拼装焊接成圆筒状的钢板筒后采用井口井架卷扬设施将其放置到环形平台上；或利用井口井架卷扬设施，将弧形钢板放至竖井内，并在井下的环形基座上对中整平组成圆筒状钢板筒；钢板筒内侧底部用混凝土浇筑固定或打入钢筋焊接固定在基座上，钢板筒底部与基座之间设有橡胶止水带，相邻两块弧形钢板之间采用焊接的方式连接；所述钢板筒采用整体式安装或分段安装；

(5)采用竖向混凝土输送管在整体安装好的钢板筒或分段安装的钢板筒外壁与井壁之间填充浇筑混凝土将钢护筒固定在竖井内壁。

2.根据权利要求1所述的一种竖井修复加固的施工方法，其特征在于：所述步骤(1)中的锚杆注浆是根据围岩等级和渗水情况进行施工，其中岩体较好、渗水较小区域，一环4-8根，长度3-6m，其他区域一环8-16根，长度6-12m；环距为1.0-1.5m；注浆方式采用间歇式注浆。

3.根据权利要求1所述的一种竖井修复加固的施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中的泄水孔是采用锚杆钻机钻设而成，每个渗水部位的泄水孔呈梅花形分布，相邻两渗水孔的间距为0.5-1.0m；在每个渗水孔中插入外部裹有双层尼龙布扎丝的花管，其出水口通过软管或者波纹软管与排水管连接；所述排水管采用镀锌管，镀锌管车丝接长，沿着竖井井壁竖直通向竖井底部，并固定在竖井井壁。

4.根据权利要求1所述的一种竖井修复加固的施工方法，其特征在于所述步骤(3)中的环形基座的具体施工步骤为：先采用钻机在环形基座待施工区域的井壁岩体上钻设一圈或多圈固定插孔，然后在固定插孔中插入型钢或钢轨，型钢或钢轨翼缘焊接缀板，型钢或钢轨露出长度一般为0.3-0.5m，注水泥浆封闭孔口，将型钢或钢轨固定；在型钢之间横向连接钢筋、竖向型钢、人字撑，并绑扎竖向绕筋，形成环形基座的型钢、钢筋骨架环梁，最后支膜浇筑混凝土，并振捣密实形成环形平台。

5.根据权利要求1所述的一种竖井修复加固的施工方法，其特征在于所述步骤(5)中所述混凝土输送管安装在竖井侧壁，采用法兰连接接长，并固定在井壁上。

说明书

竖井修复加固结构及修复加固施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩土工程与矿山工程交叉领域，具体是一种能很好地解决竖井井壁渗水、崩塌、堵井问题的新型的竖井修复加固结构及修复加固施工方法。

背景技术

[0002] 目前，国内大部分矿山采矿都是采用竖井+平硐的矿山运输方法，随竖井使用年限增加，竖井井壁衬砌逐渐被磨耗损毁，导致原岩裸露；矿山投料冲击荷载作用下，井壁便会出现垮塌；在井壁岩体质量较差区域、渗水等因素都容易造成垮塌范围扩大，情况严重，易造成堵井，竖井报废等问题；严重影响生产线运行。目前，对于竖井坍塌的修复和加固技术较少，一般出现竖井坍塌等问题后，一般都是重新选址建井，矿井设备搬迁或更新，造成很大的经济损失。

发明内容

[0003] 本发明根据现有技术的不足，提供一种针对竖井井壁崩塌、堵井等问题的竖井修复加固结构及修复加固施工方法，本发明结构简单，施工工期短，对生产线影响小，便于施工、更换维修，可以适用于竖井堵井、井壁垮塌情况。

[0004] 本发明提供的技术方案：一种竖井修复加固结构，其特征在于：所述加固结构包括设置在竖井待修复部位下方的井壁围岩或井壁上的环形基座、置于环形基座上的钢板筒和置于竖井待修复部位井壁上的止水结构，所述止水结构是由钻设在竖井井壁的多根注浆锚杆和置于竖井井壁渗水部位的多个泄水孔组成，每个泄水孔通过埋设在井壁内的排水管与设置在基座以下的排水管连接；所述环形基座通过多根型钢固定在竖井井壁或岩体上，其顶面平整，钢板筒底部固定在环形基座上，在钢板筒与竖井井壁之间设有混凝土填充层。

[0005] 本发明较优的技术方案：所述环形基座是由钢筋环梁、多根型钢和混凝土填充层组成，并环形基座通过多根型钢插入竖井井壁或岩体上，并通过填充的混凝土固定。

[0006] 本发明较优的技术方案：所述注浆锚杆是在井壁上采取锚杆钻孔，并注浆形成的止水结构。

[0007] 本发明较优的技术方案：所述钢板筒是由多块弧形钢板拼接而成的圆筒状钢筒支护。

[0008] 本发明提供的一种竖井修复加固的施工方法，其特征在于具体步骤如下：

[0009] (1)根据竖井渗水情况和施工设计方案，在竖井井壁渗水部位采取锚杆钻孔注浆，加固竖井内部破碎及渗水区域的围岩，对竖井井壁渗水部位进行止水；其锚杆注浆根据施工部位的围岩等级、渗水情况确定，在显示有破碎带形成的地下水通道，特别在渗水严重的区段，应加大注浆量，地下水通道一般是在裂隙较发育岩体中形成的地下水渗透路径，当井壁结构体裂隙进一步张开或坍塌而扩大形成水力通道；

[0010] (2)经注浆止水后，在每个渗水部位四周钻设多个泄水孔，并在竖井井壁竖向布设多个与泄水孔连通的排水管，每个排水管底部延伸至竖井井底以下，并将每个泄水孔排出水引入竖井井底以下的土层中；排水管是加固结构的施工结构，主要作用是集水、排水，把渗水汇集排到基座以下经平硐排出的，排水管设置有多根，固定在井壁上；

[0011] (3)排水系统施工完成之后，开始施工环形基座，在竖井待修复部位下方的达到Ⅲ级岩体标准的井壁围岩或完整井壁上施工环形基座，由于竖井出现破损后井壁都会有一些损坏，完整井壁会比较少，所以一般基座是在较完整的井壁或达到一定标准的井壁围岩(BQ)两者结合，Ⅲ级岩体的基本质量的定性特征为：坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩，岩体较完整；较软岩，岩体完整；岩体基本质量指标450-351。施工环形基座时，首先在施工环形基座的井壁部位施工基座的钢筋环梁，钢筋环梁是由型钢或钢轨与钢筋焊接而成的型钢、钢筋骨架环梁，并通过型钢或钢轨固定插入井壁围岩上，然后在型钢、钢筋骨架环梁浇筑混凝土形成一个固定在井壁上、且顶面平整的环形平台；

[0012] (4)基座施工完成之后，便开始安装钢板筒，所述钢板筒是采用多块弧形或半圆形钢板现场拼接而成，所述弧形或半圆形钢板是采用符合材质设计要求厚壁耐磨钢板，根据设计要求加工卷制成弧形或半圆形，钢护筒的单节高度根据运输工具、道路状况、卷板设备等因素综合考虑；所述钢板筒采用整体式安装或分段安装；无论是整体式安装还是分段安装都可以在井外拼接好之后安装到竖井内，也可以在竖井内拼装；采用井外拼装时，先将加工好的弧形或半圆形钢板经运输至竖井孔口，在专用平台上对接成圆筒，焊接完成的多节筒体经平板车运至井口，采用井架卷扬机提升，移开平板车，井架卷扬机下放至预定位置，井下对中整平，焊接固定；多节安装完成后，在一起完成环向焊缝，此种方式可以根据井架起吊能力、净高等因素，地面竖向对接加高，减少井下对接，提高施工效率；采用井内拼装时，利用井口井架卷扬设施，将弧形或半圆形钢板放至竖井内，并在井下的环形基座上对中整平组成圆筒状；两种安装方式中，钢板筒内侧底部均用混凝土浇筑固定或打入钢筋焊接固定在基座上，钢板筒底部与基座之间设有橡胶止水带，相邻两块弧形钢板之间采用焊接的方式连接；

[0013] (5)采用竖向混凝土输送管在整体安装好的钢板筒或分段安装的钢板筒外壁与井壁之间填充浇筑混凝土将钢护筒固定在竖井内壁上；

[0014] 本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中的锚杆注浆是根据围岩等级和渗水情况进行施工，其中岩体较好、渗水较小区域，一环4-8根，长度3-6m，其他区域一环8-16根，长度6-12m；环距为1.0-1.5m，现场施工中，根据注浆压力等因素，适当增加。由于单孔注浆水泥耗用过大的，采取间歇式注浆。

[0015] 本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中的泄水孔是采用锚杆钻机钻设而成，每个渗水部位的泄水孔呈梅花形分布，相邻两渗水孔的间距为0.5-1.0m，具体孔距根据渗水量大小适当调整；在每个渗水孔中插入外部裹有双层尼龙布扎丝的花管，其出水口通过波纹软管与排水管连接；所述排水管采用镀锌管，镀锌管车丝接长，沿着竖井井壁竖直通向竖井底部，并固定在竖井井壁上。

[0016] 本发明中所述步骤(3)中的环形基座的具体施工步骤如下：a.采用钻机在环形基座待施工区域的井壁岩体上钻设一圈或多圈固定插孔，钻孔数量具体根据第一次安装钢板筒、第一次浇筑混凝土重量，考虑浇筑混凝土的冲击作用确定，便于材料下井及安装；b.插孔中插入型钢或钢轨，型钢或钢轨翼缘焊接缀板，型钢或钢轨露出长度一般为0.3-0.5m，采用垫块等措施保证同一平面型钢在同一水平面，并通过水平管检测确保水平后，封闭孔口，注水泥浆，将型钢或钢轨固定；c.在第一排与第二排型钢施工完成后，同一排之间焊接横向连接钢筋，上下排之间焊接竖向型钢、人字撑，绑扎竖向绕筋；d.支底模，环向侧模模板，在井壁上钻孔，上下排对齐，打入钢筋，侧模完成后，焊接竖向钢筋，形成U字型，反扣在型钢梁上，并在底模下方设斜撑；e.浇筑混凝土并振捣密实。

[0017] 本发明较优的技术方案：所述步骤(5)中所述混凝土输送管安装在竖井侧壁，采用法兰连接接长，在混凝土输送管安装过程中，在井壁上钻孔打入钢筋，临时固定在井壁上，减少摆动影响，安装完成后，分段固定；垮塌区域采用半刚性连接，减小混凝土的冲击作用，输送管井下部分安装完成后，再安装井口的漏斗部分，并设置多道钢筋格栅。混凝土输送管可以直接采用PE管。

[0018] 本发明采用锚杆注浆止水并加固围岩，竖井井壁渗水点区域引水，设置型钢或钢筋混凝土环梁基座，安放耐磨钢筒内衬，钢筒壁后浇筑混凝土。采用在竖井井壁破损区域设置锚杆注浆加固围岩并止水，仍有渗水点设置泄水孔集中疏排，由上而下推进，在井壁出水量得到有效控制后，选取竖井围岩岩体较为完好的区域，设置型钢或钢筋混凝土环梁，钢筒采用卷扬设备居中放置在整平的环梁底座上，做作防渗处理，泄水集中疏排至环梁底座以下，采用混凝土回灌，并按混凝土回灌高度进行堵水。

[0019] 本发明结构简单，施工工期短，对生产线影响小，便于施工、更换维修，可以适用于竖井堵井、井壁垮塌情况。

附图说明

[0020] 图1是本发明结构示意图；

[0021] 图2是本发明的环形基座结构示意图；

[0022] 图3是本发明钢板筒与环形基座的整体示意图。

[0023] 图中：1—环形基座，1-1—钢筋环梁，1-2—型钢，1-3—混凝土填充层，2—钢板筒，3—注浆锚杆，4—泄水孔，5—竖井垮塌凹槽，6—混凝土填充层，7—排水管，8—锚杆注浆。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作一步说明。如图1和图2所示，所述一种竖井修复加固结构，包括设置在竖井待修复部位下方的井壁围岩或井壁上的环形基座1、置于环形基座1上的钢板筒2和置于竖井待修复部位井壁上的止水结构，所述环形基座1是由钢筋混凝土环梁1-1、多根型钢和混凝土填充层1-3组成，并环形基座1通过多根型钢1-2插入竖井井壁或岩体或堆积的矿料平台上，并通过填充的混凝土固定；所述环形基座1通过多根型钢1-2固定在竖井围岩或井壁或堆积的矿料平台上，其顶面平整。所述止水结构是由钻设在竖井井壁的多根注浆锚杆3和置于竖井井壁渗水部位的多个泄水孔4组成，每个泄水孔4通过埋设在井壁内的排水管7与设置在基座以下的排水管连接；所述注浆锚杆3是在井壁上采取锚杆钻孔，并注浆形成的止水结构。所述钢板筒2是由多块弧形钢板拼接而成的圆筒状钢筒支护，钢板筒2底部固定在环形基座1上，在钢板筒2与竖井井壁之间设有混凝土填充层6。

[0025] 实施例：本实施例具体针对云南某水泥厂矿料井筒修复加固施工，该井筒前期采用短锚杆注浆措施，渗水量减少20-35％，井壁仍然垮塌，不足以满足生产需求。为了解决井壁垮塌和渗水的问题，采用了本发明中技术方案对竖井井壁进行加固和修复，其具体的实施步骤如下：

[0026] (1)首先根据竖井渗水情况和设计图纸，在竖井井壁渗水部位采取锚杆钻孔注浆，加固竖井内部破碎及渗水区域的围岩，对竖井井壁渗水部位进行止水；其中，井筒0～-110m井壁较好，锚杆一环4根，每孔深3m，环距1.5m；井筒-110～-235m井壁冲刷严重，岩体较为破碎，锚杆一环8根，每孔深6m，环距1.0m，渗水特别严重区域锚杆一环12根，每根9m，环距1.0m；采用M30水泥浆，掺5％水玻璃，单根锚杆注浆量水泥耗用0.5t，在井筒-110m～-150m段渗水垮塌严重的部位，加大注浆量，当单孔水泥耗用超过10t时，采取间歇式注浆，间隔时间1-2h；

[0027] (2)根据设计图纸施工泄水体系，泄水孔采用锚杆钻机钻孔，埋花管外裹双层尼龙布扎丝绑紧，插入孔中，出水口接软管汇集到排水管，泄水孔采用梅花形布置，井筒0～-110m间距为1.0m，井筒-110～-235m间距为0.5m；在竖井井壁竖向布设多个与泄水孔连通的排水管，每个排水管底部延伸至竖井井底以下，并将每个泄水孔排出水引入竖井井底以下的土层中，排水管采用镀锌管或软管可丝扣或绑扎接长，固定在井壁上；

[0028] (3)施工环形基座，具体步骤如下：

[0029] a.在选取的施工区域，根据设计图纸，采用钻机在孔壁钻孔，孔径130mm，孔深6m，每环16孔，两排，上下排排距1.0m，共计32孔；

[0030] b.在钻孔中插入型钢，型钢翼缘焊接缀板，型钢露出长度0.3m，同一平面型钢，采用垫块等措施，水平管检测保证水平，封闭孔口，注水泥浆；

[0031] c.在第一排与第二排型钢施工完成后，同一排之间焊接3环横向连接C28钢筋，上下排之间焊接竖向型钢、人字撑，绑扎竖向绕筋，绕筋间距100mm；

[0032] d.支底模，环向侧模模板，在井壁上钻孔，上下排对齐，打入C28钢筋，侧模完成后，焊接竖向钢筋，形成U字扣，反扣在型钢梁上，并在底模下方设斜撑；

[0033] e.浇筑混凝土并振捣密实形成一个固定在井壁上、且顶面平整的环形平台；

[0034] (4)钢筒安装：

[0035] a.购买的20mm厚壁耐磨钢板，符合材质设计要求，根据设计要求加工，卷成半圆形，单节高度根据运输工具、道路状况、卷板设备等因素综合考虑单节1.8m；

[0036] b.将加工好的半圆钢板经运输至竖井孔口，在8m×8m专用平台上对接成圆筒，本工程井架12m，净高10m，吊能力30T，钢筒加高至9.0m，减少井下对接，提高施工效率；

[0037] c.焊接完成的9.0m筒体用井架卷扬机提升，移开平板车，井架卷扬机下放至预定位置，井下对中整平，焊接固定；多节安装完成后，在一起完成环向焊缝；

[0038] d.重复上述过程，直至安装高度达到要求。

[0039] (5)在钢板筒安装完成后，在钢板筒与竖井内壁之间浇筑混凝土，具体过程如下：

[0040] a.在钢板筒与竖井内壁之间，靠近井筒侧壁的位置安装110mmPE管，作为混凝土输送通道，PE管采用法兰连接接长；

[0041] b.在PE管安装过程中，在井壁上钻孔打入钢筋，临时固定在井壁上，减少摆动影响，安装完成后，分段固定；垮塌区域采用半刚性连接，减小混凝土的冲击作用；

[0042] c.将PE输送管井下部分安装完成后，再安装井口的漏斗部分，并设置多道钢筋格栅；

[0043] d.采用自搅混凝土通过PE输送管进行混凝土浇筑，浇筑过程中，控制坍落度，下料速率，保证混凝土顺利浇筑；并在井口浇筑混凝土同时，检查井下输送管工作情况，及时汇报堵管等情况，并分段振捣混凝土。

[0044] 在上述加固修复施工完成之后，下井检查0至-160m钢筒内壁干燥，-160m至-235m井壁稍潮湿，井壁无水流，为空气冷凝水；环梁以下部位有细小渗漏，不影响安全生产。

[0045] 经过1个月试生产后，再次下经检查，0至-130m钢筒内壁干燥，-130m至-235m井壁稍潮湿，井壁无水流，环梁以下部位有细小渗漏，经测算流量为6T/d-9T/d，方案达到预期渗水量不超过12T/d，取得显著成果。