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摘 要：介绍了青东矿风井井筒的施工概况和地层条件，探讨了冻结井井筒外壁掘砌过膨胀粘土段的施工方法和对策，使井筒施工安全顺利的进行，保证了井筒的质量。
关键词：井筒；膨胀粘土；施工技术
中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）09-0369-01
1 概述
2007年6月13日，青东矿风井井筒冻结段已掘砌至垂深126.25m。根据青东煤矿风井综合柱状图，在132.39 m-147.55 m和190.2 m -211.9 m粘土层的厚度分别为15.16 m和21.70 m。根据柱状图描述情况，其较为致密，块状、塑性大、抗压、剪度低、冻胀量大，尤其是钙质粘土更为突出。为确保井筒安全、优质施工，需采取特殊技术进行施工。
2 膨胀粘土层物理特性
通过对国内井筒过膨胀粘土层的调查、分析，根据膨胀粘土层的物理特性和赋存情况，对青东矿风井井筒过膨胀粘土层这一问题，组织了专家会议研讨，探讨对策。
国内有不少井筒固过膨胀粘土层所采取的对策不合适，致使井筒在该段出现不同程度的破坏，其主要表现为：井筒出现“V” 字型、一字型、波浪型、垂直型、斜线型、“X”交错型开裂，膨胀粘土挤出裂缝外流，使井壁开裂，井筒有效断面减小，并影响井壁的质量和安全施工，分析其原因，都是膨胀粘土的物理特性所致。
青东矿井表土段采用的冻结技术施工，井壁温度为-8℃，温度低，粘土在低温下冻胀力大。
粘土的膨胀性主要表现在：遇水膨胀和受压塑性变形大。
在累深132.39 m～147.55 m和190.2 m～211.9 m，该段地层为粘土层，其较为致密，块状、塑性大、剪度低、冻胀量大，尤其是钙质粘土更为突出。
3 过膨胀粘土层的支护机理
由于粘土层的物理性质为遇水膨胀、受冻膨胀、暴露时间愈长膨胀体积愈大、质密、块状、较硬、剪度低，从其物理性质及其影响因素入手解决问题。减少井壁水量、升高井壁温度、缩短井壁暴露时间、快速施工、开挖卸压槽、增强钢筋混凝土强度等方式解决过粘土层的井壁支护问题。
4 过膨胀粘土段施工技术
通过对粘土层物理特性的分析，对青东矿井风井过粘土层所采取的技术如下：
（1）施工中采用“先让后抗、抗让结合”的原则，快速通过粘土层。
让：在掘进周边荒径中，开切竖向卸压槽，规格：宽150mm，深200mm，长度为一模段高，间距2m。其内充填芦苇笆， 当粘土膨胀时，其膨胀土流入槽内空间，体现出“卸压”的效果。
抗：提高混凝土的强度，原设计该混凝土强度为C40，改为C50；提高钢筋布置的密度，原设计钢筋间排距为宽250×250mm，改为150×150mm；在混凝土初凝时间上，添加早强剂，使混凝土的凝固时间提前，体现出“抗”的原则，使粘土出现膨胀时，能抗住膨胀压力。
（2）减少井壁暴露时间。
①在掘进方式上组织足够人力、物力、机械强行快速台阶式掘进。先挖超前小井，使井筒中心超前小井低于工作面1m以上，防止井筒空气与井帮温差，融化井壁冰霜的淋水浸泡粘土。然后进行刷帮，释放部分压力。
②在掘进上组织足够的人力、机械强行挖掘，快速掘进，缩短大循环时间。
③在支护上采用短段掘进，使用2.2m的小模板浇注,使掘进与井壁浇注的循环时间缩短，使冻结壁暴露时间控制在18小时以内。
（3）调节冻结方式，加强井筒外排冻结孔的流量，减少内排孔冻结的流量，使总冻结流量不变，使井帮冻结温度有所下降，减少粘土层的冻胀力，且不降低总冻结壁的厚度。
（4）加强已暴露井壁位移量的观测，掌握粘土层膨胀速度。
（5）在厚粘土层或膨胀粘土层中施工时，当井帮位移过快或膨胀量大时，在砼井壁与井帮之间铺设25mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板，以缓解粘土层膨胀空间和减少低温对混凝土强度的影响。
（6）提高钢筋混凝土的强度。①提高钢笔筋的配筋量，原设计钢筋间排距为250×250mm，改为150×150mm；②提高混凝土的标号，原设计该混凝土强度等级为C40，改为C50；③添加高效复合早强剂，提高砼的早期强度，使砼的强度24小时内达到设计值的50%以上，72小时内达到设计值的80%以上。
（7）进行冻结变形压力、冻结壁变形、温度、井壁钢筋内力等内容的监测工作，用科学的方法和可靠的数据来指导施工。
（8）必要时在井帮周围挖6～8道深×宽=150×200mm竖向卸压槽，槽内铺50mm厚泡沫板或充填芦苇笆，以缓解冻胀压力。
（9）如井帮位移量过大时，每米增设一道20槽钢井圈，加强外壁支护。井圈铺设在钢筋外侧井帮上，再浇砼以抵抗砼凝固初期来自井帮的压力。
（10）认真检测井帮位移量。在井筒荒径均匀布置四个检测点，每个段高定时测量一次：按十字线方向测量直径量，与原始直径相比，算出井帮总位移量，同时按中线量出相应半径方向的位移差，得出每个点的位移量，作好记录。严格控制井帮位移量不大于50mm。超过此值应缩小段高施工。
（11）提前加强机械设备的检修和维护、运转，确保施工的正常进行。
（12）组织开展劳动竞赛，提高奖金幅度，加快工程进度，减少井帮暴露时间。
（13）出现冻结段断裂时，应及时汇报。关闭盐水阀，并采取应急措施。
（14）加强井壁观测，出现纵向或环向裂缝应及时汇报处理。
5 结论
采用该技术方案，组织了快速施工，使该段粘土层得以顺利安全通过，在施工中示出现安全事故，通过6个月的观测，井壁未出现开裂现象，质量完好，保证了井壁质量。使矿井井筒这一重要的咽喉部位得到确保。为矿井后期的安全生产奠定了坚实的基础。
关键词：井筒；膨胀粘土；施工技术
中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）09-0369-01
1 概述
2007年6月13日，青东矿风井井筒冻结段已掘砌至垂深126.25m。根据青东煤矿风井综合柱状图，在132.39 m-147.55 m和190.2 m -211.9 m粘土层的厚度分别为15.16 m和21.70 m。根据柱状图描述情况，其较为致密，块状、塑性大、抗压、剪度低、冻胀量大，尤其是钙质粘土更为突出。为确保井筒安全、优质施工，需采取特殊技术进行施工。
2 膨胀粘土层物理特性
通过对国内井筒过膨胀粘土层的调查、分析，根据膨胀粘土层的物理特性和赋存情况，对青东矿风井井筒过膨胀粘土层这一问题，组织了专家会议研讨，探讨对策。
国内有不少井筒固过膨胀粘土层所采取的对策不合适，致使井筒在该段出现不同程度的破坏，其主要表现为：井筒出现“V” 字型、一字型、波浪型、垂直型、斜线型、“X”交错型开裂，膨胀粘土挤出裂缝外流，使井壁开裂，井筒有效断面减小，并影响井壁的质量和安全施工，分析其原因，都是膨胀粘土的物理特性所致。
青东矿井表土段采用的冻结技术施工，井壁温度为-8℃，温度低，粘土在低温下冻胀力大。
粘土的膨胀性主要表现在：遇水膨胀和受压塑性变形大。
在累深132.39 m～147.55 m和190.2 m～211.9 m，该段地层为粘土层，其较为致密，块状、塑性大、剪度低、冻胀量大，尤其是钙质粘土更为突出。
3 过膨胀粘土层的支护机理
由于粘土层的物理性质为遇水膨胀、受冻膨胀、暴露时间愈长膨胀体积愈大、质密、块状、较硬、剪度低，从其物理性质及其影响因素入手解决问题。减少井壁水量、升高井壁温度、缩短井壁暴露时间、快速施工、开挖卸压槽、增强钢筋混凝土强度等方式解决过粘土层的井壁支护问题。
4 过膨胀粘土段施工技术
通过对粘土层物理特性的分析，对青东矿井风井过粘土层所采取的技术如下：
（1）施工中采用“先让后抗、抗让结合”的原则，快速通过粘土层。
让：在掘进周边荒径中，开切竖向卸压槽，规格：宽150mm，深200mm，长度为一模段高，间距2m。其内充填芦苇笆， 当粘土膨胀时，其膨胀土流入槽内空间，体现出“卸压”的效果。
抗：提高混凝土的强度，原设计该混凝土强度为C40，改为C50；提高钢筋布置的密度，原设计钢筋间排距为宽250×250mm，改为150×150mm；在混凝土初凝时间上，添加早强剂，使混凝土的凝固时间提前，体现出“抗”的原则，使粘土出现膨胀时，能抗住膨胀压力。
（2）减少井壁暴露时间。
①在掘进方式上组织足够人力、物力、机械强行快速台阶式掘进。先挖超前小井，使井筒中心超前小井低于工作面1m以上，防止井筒空气与井帮温差，融化井壁冰霜的淋水浸泡粘土。然后进行刷帮，释放部分压力。
②在掘进上组织足够的人力、机械强行挖掘，快速掘进，缩短大循环时间。
③在支护上采用短段掘进，使用2.2m的小模板浇注,使掘进与井壁浇注的循环时间缩短，使冻结壁暴露时间控制在18小时以内。
（3）调节冻结方式，加强井筒外排冻结孔的流量，减少内排孔冻结的流量，使总冻结流量不变，使井帮冻结温度有所下降，减少粘土层的冻胀力，且不降低总冻结壁的厚度。
（4）加强已暴露井壁位移量的观测，掌握粘土层膨胀速度。
（5）在厚粘土层或膨胀粘土层中施工时，当井帮位移过快或膨胀量大时，在砼井壁与井帮之间铺设25mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板，以缓解粘土层膨胀空间和减少低温对混凝土强度的影响。
（6）提高钢筋混凝土的强度。①提高钢笔筋的配筋量，原设计钢筋间排距为250×250mm，改为150×150mm；②提高混凝土的标号，原设计该混凝土强度等级为C40，改为C50；③添加高效复合早强剂，提高砼的早期强度，使砼的强度24小时内达到设计值的50%以上，72小时内达到设计值的80%以上。
（7）进行冻结变形压力、冻结壁变形、温度、井壁钢筋内力等内容的监测工作，用科学的方法和可靠的数据来指导施工。
（8）必要时在井帮周围挖6～8道深×宽=150×200mm竖向卸压槽，槽内铺50mm厚泡沫板或充填芦苇笆，以缓解冻胀压力。
（9）如井帮位移量过大时，每米增设一道20槽钢井圈，加强外壁支护。井圈铺设在钢筋外侧井帮上，再浇砼以抵抗砼凝固初期来自井帮的压力。
（10）认真检测井帮位移量。在井筒荒径均匀布置四个检测点，每个段高定时测量一次：按十字线方向测量直径量，与原始直径相比，算出井帮总位移量，同时按中线量出相应半径方向的位移差，得出每个点的位移量，作好记录。严格控制井帮位移量不大于50mm。超过此值应缩小段高施工。
（11）提前加强机械设备的检修和维护、运转，确保施工的正常进行。
（12）组织开展劳动竞赛，提高奖金幅度，加快工程进度，减少井帮暴露时间。
（13）出现冻结段断裂时，应及时汇报。关闭盐水阀，并采取应急措施。
（14）加强井壁观测，出现纵向或环向裂缝应及时汇报处理。
5 结论
采用该技术方案，组织了快速施工，使该段粘土层得以顺利安全通过，在施工中示出现安全事故，通过6个月的观测，井壁未出现开裂现象，质量完好，保证了井壁质量。使矿井井筒这一重要的咽喉部位得到确保。为矿井后期的安全生产奠定了坚实的基础。