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[摘要]：为保证矿井的安全运行，对两个井筒采取了加固治理措施，使得开裂位移停止发展，井筒及围岩得到加固，取得了良好效果。
[关键词：东风井井筒 断裂位移 原因分析 加固
中图分类号：V328.2 文献标识码：V 文章编号：1009-914X（2012）20- 0018 -01
东风井是两个立井筒，进风井深172.8米，回风井深169.5米，井筒直径均为7米，井壁为素砼，厚0.45米。2000年12月竣工，2001年投入运行，2003年8月进风井筒开裂，2004年2月，回风井筒也开裂错位，地面建筑也有开裂现象，两个井筒及地面建筑的开裂均在发展。为保证矿井的安全运行，对两个井筒采取了加固治理措施，使得开裂位移停止发展，井筒及围岩得到加固，取得了良好效果。
一、东风井环境地质概况
东风井位于小河南岸的一个山坡上，南高北低，属正地形，周围是低山丘陵，沟壑发育。广场海拔高度是+672米，北面河底标高是+652米，西南面小河底是+650米。
山丘地层是二选系石盒子组的砂、泥岩互层，岩层倾向NNE，倾角7度左右。
1、地质结构：两井筒揭露的地层可分为两大类：一是黄土，厚10米（回风井）～16米（进风井）上为亚粘土夹砂砾石层，下为粘性土。二是基岩，岩石为砂岩、泥岩互层，泥岩为主，夹有遇水泥化的铝土质泥岩。砂岩则以粉细砂岩为主，多为泥质钙质胶结，个别层硅质胶结。
2、工程地质及水文地质条件：黄土及回填土均具有湿陷性，泥岩含有铝土质，遇水很容易泥化。失去抗剪能力和粘聚力。
黄土中夹的砂砾石层，厚2～3米，含水，两井筒施工时均见有淋水。泥岩段在凿井时也都见有裂隙水，回风井5～10m3/h，进风井是10～20m3/h，水量较稳定，径流方向是由南向北径流。水源补给是大气降水和南部山谷小溪及北部小河的渗漏倒灌，另外还有广场内的工业及生活用水的渗漏。
3、井筒及地面建筑破坏情况
2003年8月发现进风井掉块，18～21米之间井壁开裂，错位10～20毫米，并有淋水，当时作了5米的挂网锚喷处理。
2004年3月，回风井也发现掉块，12～15米开裂错位，到2004年7月观测，进风井径向位移150毫米，回风井位移250～300毫米，到04年12月位移420毫米。开裂的上段均向北位移，井壁淋水量为进风井10～20m3/h，回风井5～10m3/h。
从两井筒的破裂特征看，均在进入基岩的风化含铝土质泥岩中；均呈环形断裂；开裂的上部均向北位移；开裂处均有淋水成股状涌出，回风井破坏程度比进风井严重。
另外，两风井筒西侧的风机房、变电所和南侧的澡塘等也都出现地面及墙体开裂，裂缝最大宽度达50毫米。
二、井筒断裂位移原因分析
造成井壁断裂位移的因素是多方面的，而东风井井筒的断裂位移，地质方面的原因是主要的。虽然造成井筒断裂的地质因素也是多样的，如构造应力、工程地质条件、地下水的作用、岩土成分等，还有施工方法和质量，这些因素不一定在一项工程上同时存在，也许只有几种因素起主要作用，这也因地而异。归纳起来作用在井壁上的力，不外是垂直和水平应力。对于东风井而言，造成井壁开裂位移的原因，作者认为主要有以下几个方面，现提出来与读者商榷。
（一）表土段引起的垂直附加力
由于表土失水，引起土层压密固结收缩而下沉，形成作用在井壁竖直向下的附加力，当这种附加力达到一定值时，在井壁自重及设备设施等共同作用下，使井壁发生横向开裂。
当井筒建成后，井壁的自重力，设备及地面设施，基本上成为常数。而表土段引起的垂直附加力都是个变数，它是随着地下水位的降低，使表土失水而收缩固结压密而增加。
（二）地下水的泥化、冲蚀、水压作用
1、降低岩石强度。井筒开凿以后，铝土质风化泥岩中的裂隙水被打开快速释放，比凿井前的地下水径流速度加快，裂隙中的充填物被冲走，裂隙率增加引起涌水量增大，受水冲蚀面积增加，进而又使铝质泥岩变软泥化，这样在水不停的泥化、冲蚀的作用下，不断使泥岩变软，其抗压、抗剪强度就大大降低，可降至干燥状态的1/4～1/20，内摩擦角可降低9°～15°，使工程地质条件变坏，而井壁在该段就可能形成应力集中，加上岩层是向北倾斜的正地形，南北两侧受力不均而失稳，南侧产生向北推移的推动力，而北侧处于下方失去了抗滑的抵抗力，使断开的井壁向北位移。
2、水的压力和水的浮托作用。当泥岩裂隙中充满水时，水对裂隙两壁产生静水压力，使裂隙进一步张裂，伴随着粘土类矿物如蒙脱石、伊利石、高岭土等，在水化作用下的膨胀力，其膨胀量为5～20%，膨胀压力可达20kg/cm2左右。另外还由于水位差而形成的渗流压力（也称动水压力），这几种力合起来，都会产生向下坡方向的推动力，这些都不利于滑面上覆岩体的稳定。
（三）地形起伏引起的地应力（动始应力）差异
地下岩体是具有地应力的材料，而形成地应力的成因也是多方面的，除了岩体的自重力和构造应力外，还有地温应力，岩体内温度变一度，地应力变化4～5kg/cm2；地下水作用；地形起伏造成的地应力变化等，所以这种地应力的成因是比较复杂的，大量实测资料的规律是：水平应力大于垂直应力，随深度的增加而呈线形增加，在浅部或陡峭的河谷两边，由于地形特征和卸荷作用，垂直应力才会大于水平应力，构造应力不明显的地区，垂直应力主要由自重力引起；水平应力和垂直应力保持一定的关系，其应力状态都是压应力。
东风井广场所处的地形特点，南面是较高的山体，北面是河谷且比较陡峭如图1，所以沿南北方向就形成了地应力差异，两井筒破裂的位置距地表比较浅，尚未脱离风化带，构造应力已被释放，所以该层段的地应力主要是岩体的自重应力。
（四）岩体稳定性验算
在东风井不远处，历史上有多处山体滑坡和滑移，而东风井所处环境又存在一些滑移因素，如地形地貌、工程地质条件、地下水的作用及地应力差等。而且两井筒都在同一层位发生断裂错位，又都向同一方向位移，所以对岩体稳定性分析验算是必要的。目前井筒破坏的主要原因，应该是垂直附加力和地下水的作用，造成工程地质条件的改变，还有南北方向上存在的地应力差异，使井壁不均衡受力而破坏错位。所以对井筒应采取加固治理措施，以保证矿井能安全生产。
三、加固治理方法
根据以上造成井筒破坏错位的原因分析，我们采取针对性的治理方法，首先考虑加固井筒，再就是改善围岩的工程地质条件，使围岩固结为整体结构，提高围岩的抗压、抗剪强度，从两方面采取措施控制井筒断裂进一步发展，增强井筒的稳定性。對两井筒加固，我们采用两种方法，来提高井壁及围岩的强度。
四、监测结果
通过以上两种方法的实施，井筒开裂错位停止发展，经观测半年，地面向北北西方向的位移仅0.6毫米，地面局部沉降2～4毫米（回填土地段），说明该区段仍在压密、收缩。总的看来井筒没有继续破坏，岩体已经稳定，现已跟踪观测五年井筒仍稳定未动。加固治理已经收到理想效果，使矿井的安全生产得到保证。
参考文献：
1.庞俊勇主编，矿山建设理论与实践，中国矿大出版社，1994。
[关键词：东风井井筒 断裂位移 原因分析 加固
中图分类号：V328.2 文献标识码：V 文章编号：1009-914X（2012）20- 0018 -01
东风井是两个立井筒，进风井深172.8米，回风井深169.5米，井筒直径均为7米，井壁为素砼，厚0.45米。2000年12月竣工，2001年投入运行，2003年8月进风井筒开裂，2004年2月，回风井筒也开裂错位，地面建筑也有开裂现象，两个井筒及地面建筑的开裂均在发展。为保证矿井的安全运行，对两个井筒采取了加固治理措施，使得开裂位移停止发展，井筒及围岩得到加固，取得了良好效果。
一、东风井环境地质概况
东风井位于小河南岸的一个山坡上，南高北低，属正地形，周围是低山丘陵，沟壑发育。广场海拔高度是+672米，北面河底标高是+652米，西南面小河底是+650米。
山丘地层是二选系石盒子组的砂、泥岩互层，岩层倾向NNE，倾角7度左右。
1、地质结构：两井筒揭露的地层可分为两大类：一是黄土，厚10米（回风井）～16米（进风井）上为亚粘土夹砂砾石层，下为粘性土。二是基岩，岩石为砂岩、泥岩互层，泥岩为主，夹有遇水泥化的铝土质泥岩。砂岩则以粉细砂岩为主，多为泥质钙质胶结，个别层硅质胶结。
2、工程地质及水文地质条件：黄土及回填土均具有湿陷性，泥岩含有铝土质，遇水很容易泥化。失去抗剪能力和粘聚力。
黄土中夹的砂砾石层，厚2～3米，含水，两井筒施工时均见有淋水。泥岩段在凿井时也都见有裂隙水，回风井5～10m3/h，进风井是10～20m3/h，水量较稳定，径流方向是由南向北径流。水源补给是大气降水和南部山谷小溪及北部小河的渗漏倒灌，另外还有广场内的工业及生活用水的渗漏。
3、井筒及地面建筑破坏情况
2003年8月发现进风井掉块，18～21米之间井壁开裂，错位10～20毫米，并有淋水，当时作了5米的挂网锚喷处理。
2004年3月，回风井也发现掉块，12～15米开裂错位，到2004年7月观测，进风井径向位移150毫米，回风井位移250～300毫米，到04年12月位移420毫米。开裂的上段均向北位移，井壁淋水量为进风井10～20m3/h，回风井5～10m3/h。
从两井筒的破裂特征看，均在进入基岩的风化含铝土质泥岩中；均呈环形断裂；开裂的上部均向北位移；开裂处均有淋水成股状涌出，回风井破坏程度比进风井严重。
另外，两风井筒西侧的风机房、变电所和南侧的澡塘等也都出现地面及墙体开裂，裂缝最大宽度达50毫米。
二、井筒断裂位移原因分析
造成井壁断裂位移的因素是多方面的，而东风井井筒的断裂位移，地质方面的原因是主要的。虽然造成井筒断裂的地质因素也是多样的，如构造应力、工程地质条件、地下水的作用、岩土成分等，还有施工方法和质量，这些因素不一定在一项工程上同时存在，也许只有几种因素起主要作用，这也因地而异。归纳起来作用在井壁上的力，不外是垂直和水平应力。对于东风井而言，造成井壁开裂位移的原因，作者认为主要有以下几个方面，现提出来与读者商榷。
（一）表土段引起的垂直附加力
由于表土失水，引起土层压密固结收缩而下沉，形成作用在井壁竖直向下的附加力，当这种附加力达到一定值时，在井壁自重及设备设施等共同作用下，使井壁发生横向开裂。
当井筒建成后，井壁的自重力，设备及地面设施，基本上成为常数。而表土段引起的垂直附加力都是个变数，它是随着地下水位的降低，使表土失水而收缩固结压密而增加。
（二）地下水的泥化、冲蚀、水压作用
1、降低岩石强度。井筒开凿以后，铝土质风化泥岩中的裂隙水被打开快速释放，比凿井前的地下水径流速度加快，裂隙中的充填物被冲走，裂隙率增加引起涌水量增大，受水冲蚀面积增加，进而又使铝质泥岩变软泥化，这样在水不停的泥化、冲蚀的作用下，不断使泥岩变软，其抗压、抗剪强度就大大降低，可降至干燥状态的1/4～1/20，内摩擦角可降低9°～15°，使工程地质条件变坏，而井壁在该段就可能形成应力集中，加上岩层是向北倾斜的正地形，南北两侧受力不均而失稳，南侧产生向北推移的推动力，而北侧处于下方失去了抗滑的抵抗力，使断开的井壁向北位移。
2、水的压力和水的浮托作用。当泥岩裂隙中充满水时，水对裂隙两壁产生静水压力，使裂隙进一步张裂，伴随着粘土类矿物如蒙脱石、伊利石、高岭土等，在水化作用下的膨胀力，其膨胀量为5～20%，膨胀压力可达20kg/cm2左右。另外还由于水位差而形成的渗流压力（也称动水压力），这几种力合起来，都会产生向下坡方向的推动力，这些都不利于滑面上覆岩体的稳定。
（三）地形起伏引起的地应力（动始应力）差异
地下岩体是具有地应力的材料，而形成地应力的成因也是多方面的，除了岩体的自重力和构造应力外，还有地温应力，岩体内温度变一度，地应力变化4～5kg/cm2；地下水作用；地形起伏造成的地应力变化等，所以这种地应力的成因是比较复杂的，大量实测资料的规律是：水平应力大于垂直应力，随深度的增加而呈线形增加，在浅部或陡峭的河谷两边，由于地形特征和卸荷作用，垂直应力才会大于水平应力，构造应力不明显的地区，垂直应力主要由自重力引起；水平应力和垂直应力保持一定的关系，其应力状态都是压应力。
东风井广场所处的地形特点，南面是较高的山体，北面是河谷且比较陡峭如图1，所以沿南北方向就形成了地应力差异，两井筒破裂的位置距地表比较浅，尚未脱离风化带，构造应力已被释放，所以该层段的地应力主要是岩体的自重应力。
（四）岩体稳定性验算
在东风井不远处，历史上有多处山体滑坡和滑移，而东风井所处环境又存在一些滑移因素，如地形地貌、工程地质条件、地下水的作用及地应力差等。而且两井筒都在同一层位发生断裂错位，又都向同一方向位移，所以对岩体稳定性分析验算是必要的。目前井筒破坏的主要原因，应该是垂直附加力和地下水的作用，造成工程地质条件的改变，还有南北方向上存在的地应力差异，使井壁不均衡受力而破坏错位。所以对井筒应采取加固治理措施，以保证矿井能安全生产。
三、加固治理方法
根据以上造成井筒破坏错位的原因分析，我们采取针对性的治理方法，首先考虑加固井筒，再就是改善围岩的工程地质条件，使围岩固结为整体结构，提高围岩的抗压、抗剪强度，从两方面采取措施控制井筒断裂进一步发展，增强井筒的稳定性。對两井筒加固，我们采用两种方法，来提高井壁及围岩的强度。
四、监测结果
通过以上两种方法的实施，井筒开裂错位停止发展，经观测半年，地面向北北西方向的位移仅0.6毫米，地面局部沉降2～4毫米（回填土地段），说明该区段仍在压密、收缩。总的看来井筒没有继续破坏，岩体已经稳定，现已跟踪观测五年井筒仍稳定未动。加固治理已经收到理想效果，使矿井的安全生产得到保证。
参考文献：
1.庞俊勇主编，矿山建设理论与实践，中国矿大出版社，1994。