淺談某礦山主溜井垮冒后加固方案的研究

龔小龍 周宏瑞 宋連春

摘 要：文章分析了礦山溜井破壞的原因，闡述了各種溜井支護(hù)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，為溜井支護(hù)方式的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：溜井破壞；支護(hù)方案；溜井井筒混合支護(hù)

引言

某銅礦采用“豎井+無軌斜坡道”聯(lián)合開拓。礦山現(xiàn)采用多中段同時(shí)作業(yè)，坑內(nèi)礦石從各個(gè)中段卸礦口卸礦后，由新主井集中提升至地表。主井、副井、溜破系統(tǒng)均布置在礦體的下盤中部且在一條直線上，各自間距為30m左右，1#礦石溜井與2#礦石溜井連通同一個(gè)破碎硐室。1#礦石溜井為圓形溜井，總垂直高度285m，共服務(wù)6個(gè)中段，井內(nèi)除粉礦平臺(tái)、沖擊段局部及下部?jī)?chǔ)礦段采用了加強(qiáng)支護(hù)，其余均為混凝土支護(hù)。該溜井原設(shè)計(jì)服務(wù)年限24年，但僅經(jīng)過2年來各中段卸入礦石的沖刷，目前1#礦石溜井損壞嚴(yán)重。

礦山采用激光掃描技術(shù)對(duì)1#礦石溜井進(jìn)行實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，溜井損壞較大的地段在-275m～-495m標(biāo)高之間，溜井損壞段呈大斷面的近乎圓形或橢圓形，破壞斷面均大于100m2，為溜井原設(shè)計(jì)斷面（12.57m2）的8倍，已嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)作業(yè)。

主溜井的垮冒掐斷了該礦山的生產(chǎn)咽喉，所以必須盡快尋找解決方案，經(jīng)各方專家多次研究討論，提出了兩個(gè)建設(shè)方案：一是從溜井選址上考慮，選擇在圍巖穩(wěn)定堅(jiān)固位置新建3#礦石溜井替代垮冒的1#礦石溜井；二是原位修復(fù)方案，將現(xiàn)已垮冒的1#溜井進(jìn)行修復(fù)，并加強(qiáng)井筒的支護(hù)。經(jīng)反復(fù)討論，認(rèn)為盡管新建3#礦石溜井投資較低，但對(duì)生產(chǎn)影響最大，故最終確定采用原位修復(fù)1#礦石溜井方案。

1 溜井破壞原因分析

1.1 工程巖體條件

礦巖的軟弱層及斷層破碎帶的影響是溜井破壞的主要原因之一。由于溜井井筒位于節(jié)理裂隙較發(fā)育，軟弱結(jié)構(gòu)面內(nèi)不均勻夾雜著大量蝕變類巖石的不良地質(zhì)地段，巖石呈細(xì)脈狀分布，當(dāng)有沖擊載荷時(shí)，易由局部塌落發(fā)展成大規(guī)模塌方，造成“多米諾骨牌”式的連鎖反應(yīng)。

1.2 溜井工程環(huán)境差

溜井在各個(gè)中段水平都要與出礦聯(lián)巷相連，井與巷的交叉口往往是穩(wěn)定性最差的部位，加上多水平卸礦的沖撞，使各個(gè)分段卸礦口附近的井筒破壞都十分嚴(yán)重。

1.3 井筒不支護(hù)或支護(hù)強(qiáng)度低

溜井圍巖條件本身就較差，再加上礦石通過能力大，應(yīng)進(jìn)行支護(hù)才能盡量保持穩(wěn)定，但大部分溜井都未采取必要的支護(hù)措施。

1.4 使用不當(dāng)

溜井的使用過程中，有時(shí)空井卸礦、各分段水平的鑿巖水不加阻止地流入井筒、各水平溜井口均未采取鎖口和安裝格篩等措施等是造成溜井過早破壞的原因。

1.5 應(yīng)力集中的影響

礦體的下盤是支承壓力集中部位，盡管溜井受力狀態(tài)較好，但遇到斷層及軟弱面，其壓力作用就會(huì)顯現(xiàn)，尤其是溜井群存在的部位，往往會(huì)引起較大的地壓活動(dòng)。

2 礦石溜井加固方案的研究

溜井加固類型有兩種，一種是柔性加固，一種是剛性加固。柔性加固主要是采用堆積粉礦做緩沖層，來防止和減少礦石流對(duì)井壁的沖擊和磨損；剛性加固是通過增加井壁防御礦石流的沖擊和磨損的能力，常采用的材料有混凝土、鋼筋混凝土、鋼軌、普通鋼板、錳鋼板、高錳鋼板、料石和混凝土預(yù)制塊等。

針對(duì)某礦山實(shí)際具體情況，對(duì)礦石溜井加固方案進(jìn)行了篩選和比較，加固方案比較情況如下：

（1）鋼軌加固。預(yù)先將溜井采用礦石回填，根據(jù)礦石溜井內(nèi)部的損壞情況，分段修復(fù)。溜井-210～-280m標(biāo)高之間逐段放出礦石后采用錨噴支護(hù)；溜井-280～-495m標(biāo)高之間采用直徑4m的圓形斷面襯砌，溜井井壁為鋼纖維砼支護(hù)，支護(hù)厚度500mm，內(nèi)襯鋼軌，分枝溜井及其與主溜井交接處內(nèi)襯鋼軌加密支護(hù)，其余區(qū)段內(nèi)襯鋼軌抽稀支護(hù)，施工順序?yàn)樽韵露稀?/p>

該方案具有恢復(fù)了原溜井功能、擴(kuò)幫工程量小、支護(hù)量少、修復(fù)費(fèi)用相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)。但其回填礦石量大、材料消耗量大、修復(fù)工期長(zhǎng)、人員施工安全得不到保證，安全隱患大。

（2）高錳鋼板加固。預(yù)先將溜井采用礦石回填，而后-210～-280m標(biāo)高之間逐段放出礦石采用錨噴支護(hù)；-280～-495m標(biāo)高之間采用直徑4m的圓形斷面襯砌，由錳鋼板支模，內(nèi)部充填混凝土，井壁支護(hù)采用C30強(qiáng)度混凝土，支護(hù)厚度500mm，錳鋼板通過生根鉤與井壁混凝土支護(hù)體連接，施工順序?yàn)樽韵露稀?/p>

該方案具有恢復(fù)了原溜井功能、擴(kuò)幫工程量小、消耗鋼材量、支護(hù)量少等優(yōu)點(diǎn)。但其壁后充填量大、修復(fù)工期長(zhǎng)、施工工序復(fù)雜、人員施工安全得不到保證，安全隱患大。

（3）橡膠襯板加固。橡膠襯板是將高耐磨、抗沖力好的橡膠經(jīng)過硫化高壓處理附著在鋼骨架上，形成適應(yīng)不同加固情況的掛件或預(yù)埋件。它有如下特點(diǎn)：其一，耐磨性能優(yōu)良，其耐磨性能是普通鋼軌的4-8倍，錳鋼板的2～4倍。橡膠襯板的耐磨性能緣于它良好的彈性，當(dāng)有載荷時(shí)，橡膠收縮，當(dāng)載荷卸掉時(shí)，橡膠恢復(fù)原狀。其二，重量輕便于安裝和維修。其三是具有極佳的吸震隔震效果。其四是安裝方式可多種多樣，可采用內(nèi)螺紋錨桿對(duì)橡膠襯板進(jìn)行錨固，也可根據(jù)施工和安裝習(xí)慣做成外掛式。其五是經(jīng)濟(jì)上比較合理。其缺點(diǎn)是抗切割性能較差。橡膠襯板由于其抗撕強(qiáng)度比鋼鐵要低得多，礦石尖角的高速?zèng)_擊會(huì)形成對(duì)橡膠襯板的切割，從而導(dǎo)致其使用壽命縮短。

（4）鋼軌+鋼筋鋼纖維混凝土加固。-210m～-280m整體穩(wěn)定性較好，且井壁破壞程度較小，井筒平均凈直徑4.0m，該段采用逐段進(jìn)行噴錨網(wǎng)進(jìn)行修復(fù)。

在溜井-280m以上噴錨網(wǎng)修復(fù)完成后，將井筒內(nèi)充填礦石放至-490m標(biāo)高，再以C15混凝土對(duì)井筒-280m～-490m段進(jìn)行充填。充填凝固后由-280m向下掘進(jìn)Φ4m井筒，井筒支護(hù)厚度500mm，為雙層鋼筋鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)；分支溜井采用雙層鋼筋鋼纖維混凝土+襯鋼軌支護(hù)，鋼纖維砼強(qiáng)度等級(jí)為CF30，支護(hù)厚度500mm，分支溜井底部半圓襯30kg/m鋼軌，襯鋼軌間距取為200mm。

該方案具有恢復(fù)了原溜井功能、擴(kuò)幫工程量小、消耗鋼材量、支護(hù)量少、人員施工安全得不到保證等優(yōu)點(diǎn)。但其混凝土充填量大、修復(fù)工期長(zhǎng)、施工工序復(fù)雜。

3 修復(fù)方案的確定

該礦山通過對(duì)多種修復(fù)方案的研究和分析，結(jié)合礦山實(shí)際的具體情況，針對(duì)溜井的不同地段、不同的地質(zhì)條件以及受損程度的強(qiáng)弱等采取了鋼軌加固、鋼筋鋼纖維混凝土混合加固的方法，效果好。

4 溜井管理

雖最終確定了溜井修復(fù)方案，且其運(yùn)行效果良好，但礦山的生產(chǎn)管理是保護(hù)溜井、延長(zhǎng)溜井使用壽命的重要環(huán)節(jié)，因此礦山在生產(chǎn)管理上還需采取以下措施：

（1）溜井放礦不能放空，做到貯礦段存有貯礦保護(hù)溜井。對(duì)于經(jīng)常放空的溜井，為保護(hù)底板穩(wěn)定，則設(shè)置一道擋礦壩。（2）各中段嚴(yán)格控制充填溢流水和生產(chǎn)用水進(jìn)入溜井。（3）對(duì)主礦石溜井放礦把握好量度，可通過礦調(diào)度部門控制，盡可能減少對(duì)井壁的磨損。

5 結(jié)束語

礦石溜井加固材料與方法多種多樣，加固溜井時(shí)應(yīng)根據(jù)工程條件的迥異因地制宜。總之，安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方案優(yōu)先，對(duì)溜井的日常使用維護(hù)也是保證溜井安全使用的前提和關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1]季翱.采區(qū)溜井嚴(yán)重垮冒原因分析及加固方案研究[Z].2007.

[2]安建英，等.溜井系統(tǒng)加固形式的探討[J].有色礦山，2002，（1）.

[3]鐘紀(jì)勝，黃小紅.錫礦山南礦礦石溜井加固的應(yīng)用實(shí)踐[Z].2008.

[4]陳得信.盤區(qū)脈外溜井破壞原因分析及井筒維護(hù)[Z].2009.

[5]康武雄.錳鋼板在礦山溜井支護(hù)中的應(yīng)用效果[Z].2011.

作者簡(jiǎn)介：龔小龍（1987-），男，采礦助理工程師，主要從事礦山設(shè)計(jì)方面的工作。

周宏瑞（1984-），男，采礦助理工程師，主要從事礦山設(shè)計(jì)方面的工作。