一種新型復(fù)合井壁的應(yīng)用

馬 杰

(大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司，湖北 黃石 435005)

1 前言

豐山銅礦為大冶有色金屬公司的主力礦山，生產(chǎn)能力為66萬(wàn)t/a。北沿礦體原有的回風(fēng)井由于多中段錯(cuò)位、倒段、回風(fēng)巷跨塌等原因，阻力大，通風(fēng)效果差。為解決-320～-440m深部礦體開(kāi)采，新設(shè)一個(gè)北回風(fēng)井。

2 井筒概況

2.1 井筒設(shè)計(jì)參數(shù)

通過(guò)對(duì)礦山風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)阻計(jì)算，北回風(fēng)井凈直徑φ4m；北回風(fēng)井井口標(biāo)高+105m，井底標(biāo)高-380m，井筒深485m,在-320、-380m兩個(gè)中段設(shè)單向馬頭門。

2.2 井筒地質(zhì)條件

因礦區(qū)處于山地，新設(shè)北回風(fēng)井選址在北沿礦體+7線排土場(chǎng)。排土場(chǎng)處于半山坡上。根據(jù)井筒鉆孔工勘報(bào)告：回風(fēng)井井筒要穿過(guò)50m厚原露采剝離的廢石排土層，排土層主要為廢石，塊石粒徑大小不一，夾雜的土質(zhì)松散不均；50～163.1m為不穩(wěn)定花崗閃長(zhǎng)斑巖、角礫巖，屬Ⅳ、Ⅴ類圍巖；163.1m以下為花崗閃長(zhǎng)斑巖、大理巖、角礫巖，巖體穩(wěn)定性中等，屬Ⅲ類圍巖。由于場(chǎng)地位于山間盆地東部近沖溝部位，上部巖、土層滲透性強(qiáng)，井筒涌水量受大氣降雨影響非常大。井筒預(yù)測(cè)涌水量為1 810.78m3/d。

3 復(fù)合井壁設(shè)計(jì)方案

對(duì)井筒要穿過(guò)厚近50m的廢石堆場(chǎng)的特殊地層,井筒支護(hù)設(shè)計(jì)采用復(fù)合井壁：雙層鋼筋混凝土井壁,雙層井壁之間夾70mm厚彩鋼夾芯板，芯材采用聚乙烯泡沫塑料板。

井筒到基巖段按正常澆灌300mm厚混凝土支護(hù)，破碎段配筋加厚為400mm厚混凝土支護(hù)。

3.1 外層井壁

由于井筒穿過(guò)廢石堆場(chǎng),井壁與廢石間的摩擦力小,井筒向下延深施工時(shí)，下部井壁的自重需通過(guò)上面成型井筒壁(上下部鋼筋的連結(jié))進(jìn)行懸掛，防止井筒因受力發(fā)生不均勻沉降,引起井壁開(kāi)裂。井頸段高56.75m,外層井壁采用3段不同厚度的鋼筋混凝土支護(hù)，似倒置的承臺(tái)，增大懸掛下部井筒壁重量的受力面積。其中最上面段井壁厚1 200mm,高4m;第二段井壁厚600mm,高6m;第三段井壁厚300mm,高44.75m;下部為2m高的壁座。具體見(jiàn)圖1。

圖1 井頸段形式示意圖

3.2 夾層材料選擇

夾層材料選用彩鋼夾芯板，芯材采用聚乙烯泡沫塑料板，厚670mm，壓縮強(qiáng)度≥300kPa。產(chǎn)品特性：容重輕,伸縮強(qiáng)度大,不吸水，產(chǎn)品環(huán)保,施工簡(jiǎn)便,防滲、防漏效果佳； 耐腐蝕、耐老化、耐高低溫+80℃～-45℃；不流淌、不脆裂、使用壽命長(zhǎng)；鋼材選用1mm平面鋼板，噴防腐耐酸漆一底兩次。產(chǎn)品特性：重量輕,保護(hù)芯材不受損傷。施工過(guò)程中彩鋼夾芯板整體性的能保證完好。見(jiàn)圖2。

圖2 彩鋼夾芯板接茬處采用的企口搭接形式

3.3 內(nèi)層井壁

采用400mm厚的鋼筋混凝土支護(hù)形式。當(dāng)井頸段的外層井壁的壁座施工完成后，在壁座上從下至上一次澆筑成型，內(nèi)層井頸接茬少，防滲水性能好。

4 復(fù)合井壁施工

4.1 外層井壁

井筒要穿過(guò)厚近50m的廢石堆場(chǎng),主要為露采剝離廢石，土質(zhì)松散不均，塊石粒徑大小不一,開(kāi)挖時(shí)易出現(xiàn)大面積片邦,為確保施工安全，進(jìn)行短支短掘，同時(shí)也減少臨時(shí)支護(hù)。

4.2 夾層加工

根據(jù)井筒設(shè)計(jì)夾層的半徑尺寸進(jìn)行預(yù)制加工彩鋼夾芯板。每圈彩鋼夾芯板的高度根據(jù)外層井壁澆灌時(shí)整體滑模高度確定，寬度按1 500～2 500mm,根據(jù)井壁周長(zhǎng)進(jìn)行分塊。彩鋼夾芯板上下左右均采用企口形式搭接。因彩鋼夾芯板容重輕，分塊面積大，接茬少，施工安裝時(shí)方便快捷。

4.3 內(nèi)層井壁

在外層井壁的壁座(下部壁座)施工完后,從壁座上由下向上一次施工完成。 內(nèi)層井壁澆灌時(shí)，模板立好后，進(jìn)行彩鋼夾芯板的拼裝，一側(cè)緊靠外壁，另一側(cè)用支撐頂在模板上，然后進(jìn)行綁扎鋼筋、澆灌混凝土。混凝土澆灌時(shí)隨著振動(dòng)棒的振動(dòng)彩鋼夾芯板各塊的接縫搭接密實(shí)(局部間隙被水泥漿充填)，雙層井壁夾層的整體性強(qiáng)，有良好的防水性能，井筒施工工藝簡(jiǎn)單，成井速度快。

5 效果與評(píng)價(jià)

5.1 效果

井筒井頸段施工時(shí)涌水量達(dá)到30m3/h，但2015年9月完工后，320m中段井筒內(nèi)不到1m3/h。復(fù)合井壁防滲水能力好，減少井筒壁后注漿費(fèi)和礦山日常井下排水費(fèi)。

井筒施工期間外層井壁采用短掘短砌，起臨時(shí)支護(hù)作用，沒(méi)有出現(xiàn)大面積坍塌現(xiàn)象；內(nèi)層井壁從壁座上從下至上一次澆灌成型，內(nèi)層井壁接茬少，完整光滑，通風(fēng)阻力小，井筒內(nèi)提升設(shè)備運(yùn)行安全性增強(qiáng)，施工質(zhì)量可靠。

5.2 評(píng)價(jià)

復(fù)合井壁支護(hù)形式：雙層鋼筋混凝土井壁中間夾層彩鋼夾芯板具有可壓縮量大的特性，可緩解地應(yīng)力與外層井壁相互作用產(chǎn)生的應(yīng)力，同時(shí)減弱對(duì)內(nèi)井壁的約束力，使復(fù)合井壁受力呈現(xiàn)各向異性特

性，提高復(fù)合井壁的受力強(qiáng)度，增加井筒整體支護(hù)的安全可靠性。

夾層彩鋼夾芯板的導(dǎo)熱系數(shù)小，對(duì)內(nèi)井壁混凝土的養(yǎng)護(hù)起到保溫、隔熱作用，使內(nèi)井壁不受外井壁(凍結(jié)施工時(shí))低溫的影響，在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中自由伸縮，防止產(chǎn)生溫度裂縫，增強(qiáng)復(fù)合井壁整體防水、抗?jié)B性。

與井筒穿過(guò)不良特殊地層采用地表(或工作面)預(yù)注漿處理相比，此種方式的工期短，施工速快，每米成井綜合造價(jià)低。

6 結(jié)語(yǔ)

井筒穿過(guò)不良特殊地層時(shí)，雙層鋼筋混凝土中間彩鋼夾芯板的復(fù)合井壁形式在滿足復(fù)合井壁功能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)井壁的防滲水性能，簡(jiǎn)化復(fù)合井壁井筒的施工工藝，易保證施工質(zhì)量，成井速度快，井筒綜合造價(jià)低，是一種很好的支護(hù)方式。

[1] GB 50915- 2013，有色金屬礦山井巷工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50771- 2012，有色金屬采礦設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 冶金工業(yè)部.新編礦山采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[4] 候俊友.深厚表土中復(fù)合井壁受力及結(jié)構(gòu)形式研究[D].焦作：河南理工大學(xué)，2012.

[5] 許舒榮.復(fù)合井壁中泡沫塑料板緩壓作用實(shí)測(cè)分析[J].中州煤炭，2014，(3)：8-9.

[6] 蔣斌松.復(fù)合井壁的彈性分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，1997,(4):397-401.

[7] 陸孝軍.塑料夾層復(fù)合井壁的防水機(jī)理[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1983,(11):41.

[8] 張國(guó)鑫.復(fù)合井壁與鋼筋混凝土井壁結(jié)構(gòu)性能比較[J].建井技術(shù)，2000，21(5)：20-24.