杏山鐵礦-330 m水平卸礦硐室與主溜井塌方部位處理方法探索實(shí)踐

郭 晨，徐勝亮

(首鋼礦業(yè)公司杏山鐵礦，河北 遷安 064404)

杏山鐵礦-330m水平卸礦硐室與主溜井塌方部位處理方法探索實(shí)踐

郭 晨，徐勝亮

(首鋼礦業(yè)公司杏山鐵礦，河北 遷安064404)

2013年4月23日，杏山鐵礦-330m水平卸礦硐室北側(cè)正對(duì)主溜井井筒中心方向墻部發(fā)生垮冒，與主溜井井筒塌透，造成礦石破碎提升流程停機(jī)。處理時(shí)先對(duì)冒入卸礦硐室內(nèi)礦石進(jìn)行灌漿穩(wěn)固，清理出硐室側(cè)壁；然后對(duì)硐室采用U25型鋼拱架、耐磨板加鋼筋混凝土的聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行搶修加固，施工工期僅12d。經(jīng)過組織專家論證和日常生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，卸礦硐室塌方部位處理方式合理，工期短，使用過程中安全穩(wěn)定。

卸礦硐室；主溜井；垮冒；鋼拱架；安全穩(wěn)定

0 引 言

1 工程及地質(zhì)概況

杏山鐵礦主溜井未進(jìn)行單獨(dú)的工程勘查，主溜井距離主井僅40 m，此段主井工勘揭露的地層水文地質(zhì)條件較好，設(shè)計(jì)參照主井工勘資料，此段主溜井采用800 mm鋼纖維混凝土支護(hù)。

根據(jù)主溜井實(shí)際施工揭露，此部位巖石主要為黑云混合片麻巖和角閃巖，其中，主溜井周邊主要以角閃巖存在，角閃巖外圍為片麻巖。角閃巖分布區(qū)域巖體處于破碎狀態(tài)，碎塊狀和短柱狀交替出現(xiàn)，該巖性的RQD值相對(duì)較低，基本在25%以下，節(jié)理裂隙主要以兩種角度存在，裂隙寬度大多在0.1～0.4 mm之間。巖體呈粗粒碎裂結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石整體質(zhì)量劣，屬于Ⅳ類、Ⅴ類圍巖，穩(wěn)定性和抗磨性均較差。

由于巖體質(zhì)量相對(duì)較差，主溜井前期施工過程中發(fā)生嚴(yán)重超挖現(xiàn)象，致使主溜井周邊部分區(qū)域出現(xiàn)大厚度混凝土澆筑層。在主溜井使用過程中，受到優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面控制和大斷面卸礦硐室施工時(shí)卸壓作用，圍巖質(zhì)量進(jìn)一步降低，在主溜井下放礦石的作用下，主溜井向卸礦硐室方向發(fā)生嚴(yán)重垮塌并塌透到卸礦硐室內(nèi)部。

經(jīng)在塌透位置周圍打探孔測(cè)得，現(xiàn)主溜井井壁與卸礦硐室間巖柱厚度僅約2.5 m，如圖1所示。卸礦硐室現(xiàn)場(chǎng)塌方情況照片如圖2所示。

圖1 卸礦硐室塌方示意圖

圖2 卸礦硐室塌方照片

2 加固修補(bǔ)方法

2.1 處理方法

根據(jù)-330 m卸礦硐室破壞的實(shí)際情況，經(jīng)與施工方共同討論研究，確定如下所述處理方法。

1) 在卸礦硐室現(xiàn)狀基礎(chǔ)上采用U型拱架加固，確保卸礦硐室在現(xiàn)有狀態(tài)下的整體穩(wěn)定。在U型鋼拱架外側(cè)焊接加固鋼板，其中靠近主溜井側(cè)采用20 mm厚NM500型高耐磨鋼板，另一側(cè)采用8 mm厚普通熱軋鋼板(Q235—A)。20 mm NM500鋼板起抗磨作用，必須確保固定牢固，不準(zhǔn)錯(cuò)位、脫落。

2) 在U型鋼拱架內(nèi)部采用800 mm厚鋼筋混凝土支護(hù)，用于確保-180 m水平上部生產(chǎn)結(jié)束前，主溜井正常使用時(shí)-330 m卸礦硐室能保持穩(wěn)定不破壞，如圖3所示。

圖3 -330 m卸礦硐室支護(hù)斷面圖

2.2 處理原則

1) 卸礦硐室內(nèi)鋼拱架凈跨8.4 m及地面至拱頂高度6.8 m為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)卸礦硐室實(shí)測(cè)確定；U型鋼拱架支護(hù)部分長(zhǎng)度27.55 m，出車方向支護(hù)至硐室端墻，U型鋼拱架高度應(yīng)滿足本設(shè)計(jì)要求不大于110 mm。

【美國(guó)國(guó)家核軍工管理局網(wǎng)站2018年9月28日?qǐng)?bào)道】 美國(guó)能源部(DOE)國(guó)家核軍工管理局(NNSA)2018年9月28日宣布，B61-12核航空炸彈的最終設(shè)計(jì)評(píng)審已經(jīng)完成，確認(rèn)該航彈能夠滿足國(guó)防部的標(biāo)準(zhǔn)。軍工局?jǐn)M于10月在潘得克斯工廠(Pantex Plant)啟動(dòng)生產(chǎn)認(rèn)證活動(dòng)，目標(biāo)是在2020年3月啟動(dòng)首枚B61-12的生產(chǎn)。

2) 內(nèi)部采用直墻半圓型800 mm厚鋼筋混凝土支護(hù)，按最終拱頂部分承受730 kPa豎向荷載、側(cè)墻部分承受150 kPa水平荷載、墻基礎(chǔ)固定牢固進(jìn)行設(shè)計(jì)?；炷敛捎酶邚?qiáng)度等級(jí)C30，鋼筋采用熱軋鋼筋，用Φ-HRB335和Φ-HPB300表示，鋼筋保護(hù)層厚度50 mm，鋼筋連接可采用焊接連接或綁扎搭接連接，搭接長(zhǎng)度需滿足規(guī)范要求。

3) 卸礦硐室內(nèi)布置必須確保有一側(cè)滿足人員安全通行的通道[4](斷面圖3中>=900 mm)。

4) 卸礦硐室內(nèi)鋼筋混凝土墻體基礎(chǔ)深入至基巖內(nèi)必須確保穩(wěn)定，經(jīng)過設(shè)計(jì)院利用理正結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算，基礎(chǔ)底面巖體承壓能力要求不小于5.2 MPa[5]。

3 具體處理過程

1) 首先將-330 m卸礦槽利用δ50 mm厚木板進(jìn)行封閉，在卸礦槽基礎(chǔ)橫向上搭設(shè)I16工字鋼，長(zhǎng)度4 m，間距1.5 m，共計(jì)排列工字鋼12根，上部鋪設(shè)δ50 mm厚木板，利用8#鐵線綁扎牢固，確保施工人員可在卸礦槽上部進(jìn)行操作，卸礦槽周圍利用Φ50 mm腳手管制作安全防護(hù)欄桿，保證施工安全。

2) 防護(hù)平臺(tái)安裝完成后，利用砂袋將冒落區(qū)周圍封閉嚴(yán)實(shí)，防止?jié){液外流，利用HSC防滲帷幕型灌漿料進(jìn)行灌漿穩(wěn)固冒落巖石及冒入礦石，初始凝結(jié)時(shí)間30 min，此種產(chǎn)品具有高流態(tài)、微膨脹、黏結(jié)效果好等特點(diǎn)，1 d強(qiáng)度可達(dá)25 MPa以上[6]，現(xiàn)場(chǎng)采用人工攪拌，砂漿泵輸送灌入，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，冒入散落巖石體積約30 m3，測(cè)算約需灌漿料20 t。灌漿凝結(jié)12 h后，即可對(duì)冒落外露渣石進(jìn)行清理，清渣時(shí)將大塊破碎，連同跨落的混凝土牛腿一并利用風(fēng)鎬破碎，硐室南北兩側(cè)墻共計(jì)9個(gè)鋼筋混凝土牛腿，在牛腿上部，利用YT28鑿巖機(jī)豎直向下打眼1排，布置4個(gè)炮孔，孔深600 mm，孔間距150 mm，每孔裝乳化炸藥半卷(150 g)進(jìn)行控制爆破，爆破后，利用風(fēng)鎬鑿除松散混凝土，氣焊切割鋼筋，廢料外運(yùn)提升出井。在目前2 t單梁吊車的位置搭設(shè)滿堂腳手架，架設(shè)一架U25鋼拱架，利用鋼拱架做吊裝架，4把5 t倒鏈交替提升，將吊車下放置平板車上，運(yùn)至硐外。

3) 經(jīng)實(shí)測(cè)卸礦硐室高7 m，灌漿、清渣的同時(shí)，在卸礦硐室內(nèi)搭設(shè)腳手架，上鋪δ50 mm厚木板，利用8#鐵線綁扎牢固，用于安裝拱架時(shí)的操作平臺(tái)。待冒落區(qū)外露礦石清理完畢后，開始架設(shè)25U型鋼拱架，拱架規(guī)格7.8 m×6.8 m，每面搭接長(zhǎng)度500 mm，因卸礦硐室南側(cè)有排水溝，施工時(shí)將水溝蓋板撤除，將拱架腿部一側(cè)加長(zhǎng)400 mm，坐落于水溝底板上，塌方段10 m位置硐室兩側(cè)拱架底部縱向各安裝一根I32工字鋼，與拱架腿焊接牢固，保證兩側(cè)拱架的整體性。拱架底腳墊板200 mm×200 mm，δ10 mm厚鋼板。中間冒落區(qū)8.3 m部位架拱間距500 mm，兩側(cè)拱架間距1 000 mm，架設(shè)鋼拱架時(shí)先架設(shè)兩腿部，每個(gè)腿部各用2根錨桿固定在巖壁上，錨桿采用Ф20樹脂錨桿，長(zhǎng)度2 m，每個(gè)錨桿采用兩根錨固劑端頭錨固，腿部架設(shè)完畢后再架設(shè)拱部，拱部利用5根錨桿固定在圍巖上，拱部與兩腿部各用兩套卡子連接并固定，各卡子的螺絲一定要擰緊。拱架間焊接Ф20的連接螺紋鋼，相鄰兩架拱架間共使用11根0.5 m(外側(cè)1.0 m)長(zhǎng)螺紋鋼筋，共計(jì)架拱37架，支護(hù)部位全長(zhǎng)27.55 m，出車方向支護(hù)至硐室端部，進(jìn)車方向距離本側(cè)硐室端部5.05 m，如圖4所示。架拱完成后，塌方段18.3 m范圍內(nèi)，在拱架外側(cè)安裝δ20 mm厚NM500型耐磨鋼板，規(guī)格1 m×0.5 m共計(jì)48塊、1 m×0.4 m共計(jì)108塊、1 m×0.2 m(δ25 mm)共計(jì)480塊，硐室南側(cè)布置相同數(shù)量的δ8 mm厚普通鋼板縱向排列。出車方向至硐室端部剩余段，北側(cè)在拱架外側(cè)焊接δ10 mm錳鋼板，規(guī)格1 m×1 m共計(jì)16塊、1 m×0.5 m共計(jì)32塊、1 m×0.25 m共計(jì)176塊，硐室南側(cè)布置相同數(shù)量的δ8 mm普通熱軋鋼板，沿與拱架交接處接觸面焊接牢固，不準(zhǔn)錯(cuò)位、脫落。在鋼板內(nèi)側(cè)焊接150 mm長(zhǎng)錨固鋼筋，末端做彎鉤，錨固勾間距500 mm×200 mm。

圖4 鋼拱架平面布置示意圖(單位：m)

4) 鋼板焊接完成后，在巖壁和鋼板之間利用C20噴射混凝土進(jìn)行填充，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，填充工程量約380 m3，墻拱要填充密實(shí)，確保主溜井正常使用時(shí)，-330 m卸礦硐室能穩(wěn)定不破壞。

5) 在上述工序完成后，開始進(jìn)行加固部位鋼筋混凝土永久支護(hù)，加固段全長(zhǎng)27.55 m，共計(jì)架設(shè)鋼拱架37架，拱架規(guī)格7.8 m×6.8 m，鋼筋混凝土支護(hù)厚度800 mm，采用直墻半圓拱，支護(hù)完硐室凈斷面尺寸為6.0 m×5.89 m，施工時(shí)需保證北側(cè)設(shè)備基礎(chǔ)外側(cè)螺栓與混凝土墻的間距達(dá)到安裝要求，不小于200 mm。技術(shù)要求如下所述。①混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，鋼筋采用熱軋鋼筋(橫向間距200 mm，縱向間距150 mm)，混凝土保護(hù)層厚度50 mm，鋼筋采用綁扎或焊接連接，搭接長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求。鋼筋混凝土墻基礎(chǔ)需深入基巖，考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際現(xiàn)狀，施工時(shí)不允許爆破，采用風(fēng)鎬挖掘，盡可能挖至基巖，下掘深度不低于500 mm，挖掘工程量約40 m3，利用HSC防滲帷幕型灌漿料進(jìn)行灌漿，并在底部豎直向下打生根錨桿，Φ20樹脂錨桿深度2 m，共計(jì)2排，間距500 mm，兩側(cè)共計(jì)施工錨桿220根，并在基礎(chǔ)外側(cè)加裝耐磨鋼板。施工時(shí)，先澆筑墻基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)以上甩出鋼筋，便于安裝及加固模板。②鋼筋混凝土基礎(chǔ)施工完成后，開始綁扎雙層鋼筋，橫向鋼筋采用Φ25螺紋鋼間距200 mm，縱向鋼筋采用Φ28螺紋鋼間距150 mm，內(nèi)外兩層鋼筋利用Φ12拉筋固定，300 mm×400 mm間距(底部1.5 m基礎(chǔ)150 mm×300 mm間距)。鋼筋綁扎時(shí)，底部1.5 m基礎(chǔ)上下增加兩層Φ28橫筋，每排8根，上下兩層加固鋼筋用2根Φ12拉筋@150 mm綁扎固定。③鋼筋綁扎完成后，進(jìn)行支模，內(nèi)側(cè)利用[20拱架做支撐，模板采用竹膠模板，模板與鋼筋之間留50 mm保護(hù)層，模板必須拼接嚴(yán)密，固定牢固，側(cè)墻支模時(shí)，預(yù)埋鋼牛腿埋件，位置距離卸礦硐室底板2.5 m，硐室兩側(cè)鋼牛腿共計(jì)16個(gè)，間距3.5 m，進(jìn)車方向模板封堵嚴(yán)實(shí)，保證拆模后，立面整齊，出車方向要與硐室端部拼接嚴(yán)密。澆筑時(shí)分兩段進(jìn)行，利用混凝土輸送泵入模，兩側(cè)對(duì)稱澆筑，振動(dòng)棒振搗，保證混凝土密實(shí)度，養(yǎng)護(hù)72 h拆模。出車方向剩余5 m未進(jìn)行鋼筋混凝土支護(hù)，按照機(jī)動(dòng)專業(yè)要求施工4個(gè)鋼筋混凝土獨(dú)立牛腿柱，柱截面尺寸600 mm×600 mm，外側(cè)與原鋼筋混凝土牛腿利用錨桿連接，每個(gè)柱子施工6根錨桿，如圖5所示。模板加固采用Φ12對(duì)拉螺栓、間距300～500 mm成梅花狀布置，內(nèi)側(cè)與鋼板焊接固定，外側(cè)與加固鋼管用燕尾卡子連接。外側(cè)模板的加固必須采取可靠措施，防止模板漲?；蛘咛?。混凝土澆筑時(shí)嚴(yán)格按照配合比施工,澆筑時(shí)分層對(duì)稱澆筑。利用卸礦硐室出車方向地坪堆放澆筑骨料及安裝攪拌機(jī)、輸送泵，施工時(shí)下料要連續(xù)充足，保證混凝土的連續(xù)澆筑。

圖5 牛腿平面布置圖(單位：m)

6) 鋼筋混凝土澆筑完成后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清理。卸礦硐室支護(hù)處理完效果如圖6所示。周邊位移是硐室圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化和圍巖發(fā)生變形最直接的反映。通過監(jiān)測(cè)施工后硐室圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，可判斷圍巖的穩(wěn)定性、支護(hù)的可靠性，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

本工程支護(hù)完成后采用JSS30A型數(shù)顯收斂計(jì)對(duì)硐室兩幫及頂?shù)装迨諗苛窟M(jìn)行120 d的持續(xù)監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)位移數(shù)據(jù)，繪制了頂?shù)装搴蛢蓭偷南鄬?duì)位移量隨時(shí)間的變化曲線如圖7所示。

圖6 支護(hù)后的卸礦硐室

圖7 相對(duì)位移量與觀測(cè)時(shí)間關(guān)系圖

由圖7可見，硐室兩幫和頂?shù)装逑鄬?duì)位移量在支護(hù)完成有一定增長(zhǎng)，運(yùn)行約30～40 d后均表現(xiàn)為相對(duì)平穩(wěn)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)國(guó)內(nèi)知名專家，對(duì)主溜井的使用維護(hù)進(jìn)行了論證，一致認(rèn)為此部位采取的處理方法安全可靠，且自處理后即2014年4月～2016年2月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也表明-330 m卸礦硐室沒有位移變化。提出以下建議以供參考。

1) 礦山建設(shè)前應(yīng)對(duì)主體、關(guān)鍵工程進(jìn)行必要的工程勘察，查明工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，為工程建設(shè)的設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

2) 卸礦硐室破損處揭露的圍巖顯示該區(qū)域巖體松軟、破碎，整體穩(wěn)定性和抗磨損性能均非常差，在卸礦硐室支護(hù)完成主溜井正常使用后應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)卸礦硐室支護(hù)變形情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)采取措施確保安全。

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Explorationandpracticeofthelandslideareasolutionat-330mleveloredumpingchamberandthemainchuteinXingshanironoremine

GUO Chen，XU Shengliang

(Xingshan Iron Ore Mine，Shougang Mining Company，Qian’an064404，China)

On April23，2013，the wall was collapsed at the north of -330m level ore dumping chamber of Xingshan iron ore mine towards the direction of the main chute wellbore center，and the main chute wellbore was collapsed，which caused ore crushing process downtime.The solution was to take grouting into ore dumping chamber indoor for solid，clearing the cavern wall.Then the U25steel arch was used in the chamber，along with the combined supporting method of wear-resisting board plus reinforced concrete to repair and reinforce.The construction period was only12days.Through experts’ argumentation and daily production validation，the solution to the landslide area of ore dumping chamber was reasonable with short construction period and stability in use process.

ore dumping chamber；main ore pass；catastrophic collapse；steel arch；security and stability

TD354

A

1004-4051(2017)12-0171-04

2017-04-06責(zé)任編輯劉艷敏

郭晨(1981-)，男，工程師，2004年畢業(yè)于山東科技大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，主要從事地下礦山工程建設(shè)和管理工作，E-mail：dzg05@163.com。