约束内壁治理和预防井壁破裂的方法 一、技术领域
本发明涉及矿山建设工程，即一种约束内壁治理和预防井壁破裂的方法，尤其适用于既有破裂井壁的治理和新建井筒井壁破裂的预防，改善井筒内壁受力及变形状态，确保矿井的安全运营。
二、背景技术
我国华东地区煤系地层上部普遍覆盖较厚的新生界松散地层，其厚度从几十米到几百米。自1987年以来，该地区的徐州、大屯、兖州、淮北、永夏等矿区的70多个立井井筒井壁发生破裂，这一世界范围内前所未有的表土井壁灾害，造成了巨大的经济损失和社会影响。
对深厚表土层中立井井壁破裂机理和治理对策的研究已有了15年的历史。15年来众多专家、学者、工程技术人员为探索井壁破裂的原因，治理破裂井壁，预防新井壁的破坏做了大量的卓有成效的工作。由中国矿业大学率先提出的井壁“垂直附加力”理论揭示了井壁破裂的机理。随之而来，基于该理论提出了“让”、“抗”、“减”等井壁治理思路。具体措施包括提高井筒强度如应用高强高性能混凝土、提高井壁厚度、采用钢骨混凝土、井壁开卸压槽、设置可滑动井壁、槽钢井圈加喷射混凝土加固、破壁注浆、破管注浆和地面注浆等一系列井壁治理技术措施，并取得了不同程度的效果。这些井壁破裂的治理技术思路均是从地层和井壁两方面着手，在地层处理方面，采用积极措施，如对地面注浆加固含水地层以减缓井壁竖直附加力；在井壁方面可归为“抗”、“让”两手措施。但由于井壁破裂的最薄弱环节是内层井壁，而目前的治理技术是直接针对改善井壁内缘地受力状态来治理和预防井壁破裂的，主要方法是槽钢井圈加喷射混凝土加固法，该法同时还采用竖向钢轨构成框架结构，其施工复杂、难度大、不经济并且只能延缓而不能根治井壁破裂。
三、技术内容
1.发明目的
鉴于已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种施工简单，操作方便，造价低廉，效果好的约束内壁治理和预防井壁破裂的方法。
2.技术方案
本发明约束内壁治理和预防井壁破裂的方法，先在井筒的内井壁上开设多个锚固孔，锚固孔不打穿外井壁，然后在开设的锚固孔内安装带有测力装置的端头锚固型锚杆，安装锚杆进入锚固孔时，在其端部注入树脂胶，当锚杆进入锚固孔后，外部用垫板和螺母将其紧固，通过螺母紧固对锚杆施加预应力。测力装置由电阻应变式传感器和显示器构成。通过锚杆对井筒内外边缘和井筒内部的预应力约束，来改善井筒内壁的受力状态，使之由两向受力状态转入三向受力状态，内井壁上开设的多个锚固孔按照一定的间隔距离排列。
3.技术效果
本发明约束内壁治理和预防井壁破裂方法，综合了现有井壁破裂治理技术、岩土锚固理论和预应力技术之精髓，从改善井筒内壁受力状态出发，通过在井筒内壁开设锚孔，设置带有测力装置的端头锚固型锚杆来对井筒内壁施加锚固力，以充分发挥井壁结构能量，调用和提高混凝土结构的自身强度和自稳能力，以有效控制井壁变形和节约工程材料，确保施工和运营安全，达到治理和预防井壁破坏的目的。与现有技术相比，尽管都是基于竖直附加力理论，但是现有技术的几种方法是通过改善井筒外部的边界条件来改善其受力状态，只能延缓井壁的破坏，并不能真正根治，同时对周围环境造成影响或施工难度大，本发明通过对井筒结构材料的受力改善，充分利用了混凝土的自身强度和自稳能力，起到安全，经济治理井壁破坏的作用。
四、附图说明
附图为本发明约束内壁治理和预防井壁破裂的示意图。
1—井筒，2—内井壁，3—外井壁，4—垫板，5—锚杆，6—地层。
五、具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明约束内壁治理和预防井壁破裂的方法，综合了土木工程几大领域之特点，本着用最简便的操作方法，较省的材料和费用，达到最佳的效果的原则进行设计和实施。先在井筒1的内井壁2上开设多个锚固孔，锚固孔不打穿外井壁3，然后在开设的锚固孔内安装带有测力装置的端头锚固型锚杆5，测力装置由电阻应变式传感器和显示器构成。安装锚杆5进入锚固孔时，在其端部注入树脂胶，当锚杆5进入锚固孔后，外部用垫板4和螺母将其紧固，通过螺母紧固对锚杆5施加预应力，预应力大小根据井筒内壁的实际情况确定。图中所示为井筒结构的1/4，布置的12个锚杆结构示意图。对于新建井筒1，可在井筒1施工过程中在设计部位埋设锚杆5，并按照要求处理锚杆5端部和杆体，待到混凝土养护达到一定强度后对锚杆5施加预应力；对于已破裂井筒1，则要根据破裂部位具体情况，开设锚杆孔并注意不打穿外井壁3，然后在端部使用树脂胶植入锚杆5，待到其结构强度得到发挥后施加预应力，附图所示结构对于新建井壁结构或既有破裂井壁治理均可采用。