寶山礦業(yè)輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻實(shí)踐研究

邵澤祥，張相煥，朱 敏，曾廣新

（湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 郴州 424402）

綠色礦山建設(shè)是二十一世紀(jì)礦山發(fā)展的趨勢(shì)，而膏體充填是一種綠色環(huán)保、高效的充填工藝，目前已被國(guó)內(nèi)外許多大中型礦山使用。膏體充填在剛充入采空區(qū)有一段時(shí)間處于料漿液狀態(tài)，也是充填擋墻的承壓期，許多礦山在井下空區(qū)遇到了充填擋墻的設(shè)計(jì)問(wèn)題，由于擋墻設(shè)計(jì)不當(dāng)，部分礦山在充填作業(yè)過(guò)程中發(fā)生充填擋墻垮塌或跑漿的事故，造成巷道堵塞，處理起來(lái)難度很大［1～3］。因此，為了保證井下采場(chǎng)安全開(kāi)采、充填，必須設(shè)計(jì)合理可靠的充填擋墻。目前國(guó)內(nèi)很多礦山常用的充填擋墻有重力式擋墻，該方法相對(duì)安全性高，但濾水性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高，如果施工質(zhì)量不能保證，容易導(dǎo)致墻體位移變形甚至倒塌，嚴(yán)重威脅著生命和財(cái)產(chǎn)安全。也有部分礦山已使用輕型木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)擋墻，但多數(shù)存在封邊難，導(dǎo)致漏漿頻繁的問(wèn)題［4，5］。

寶山礦業(yè)以往采用上向水平分層干式充填采礦法，傳統(tǒng)干式充填方法周期長(zhǎng)、安全性差。2019年膏體充填站建成后，膏體充填工藝全面用于井下采礦區(qū)充填，以前遺留的大量礦柱得以回收，充填工作更加高效，該充填工藝不僅緩解尾礦庫(kù)的壓力，而且在井下采空區(qū)充填的使用極為便利。然而在不斷實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)擋墻制作是一個(gè)難點(diǎn)，傳統(tǒng)的鋼筋混泥土墻、砂漿磚墻施工時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、濾水性差，導(dǎo)致尾砂料漿固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度不足，為徹底改變這種弊端，寶山技術(shù)團(tuán)隊(duì)研究了輕型鋼結(jié)構(gòu)充填工藝，在實(shí)際應(yīng)用中效果較好。

1 輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻概述

輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻是一種用于膏體充填作業(yè)時(shí)將充填料漿隔離在采空區(qū)的墻體，區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土墻體、砂漿磚墻體等重力式擋墻，主要由濾水布、金屬網(wǎng)片、鋼結(jié)構(gòu)和斜撐構(gòu)成，是一種新型充填擋墻。

2 輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻設(shè)計(jì)

2.1 輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻主體結(jié)構(gòu)

輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻主要由泌水過(guò)濾層、承壓鋼結(jié)構(gòu)、斜撐三部分組成。

1.泌水過(guò)濾層：結(jié)合充填料漿液態(tài)流動(dòng)特性和泌水固結(jié)性，泌水過(guò)濾層使用濾水布進(jìn)行隔離，用金屬網(wǎng)片緊貼支撐，金屬邊框緊壓濾水布與巷壁固定，泡沫膠無(wú)縫封邊。

2.承壓鋼結(jié)構(gòu)：由兩種不同大小的鋼管組成橫、豎骨固定在抗滑樁上，為主要承壓作用的鋼結(jié)構(gòu)。

3.斜撐：由槽鋼、軌道做成的撐子，一端固定鋼結(jié)構(gòu)，一端固定地面，組成三角支撐加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的整體牢固性。

2.2 輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻制作方法

以斷面為3.5 m×3.3 m的巷道為例制作封堵墻，具體制作工藝如下：

1.在礦體合適位置打好服務(wù)孔，施工抗滑樁。以3.5 m×3.3 m巷道為例，巷道兩側(cè)在底板以上10 cm處開(kāi)始打第一對(duì)服務(wù)孔，然后1 m內(nèi)每隔30 cm施工一對(duì)服務(wù)孔，1 m至3 m之間每隔50 cm施工一對(duì)服務(wù)孔，巷道兩側(cè)共需打16個(gè)服務(wù)孔。巷道底板和頂板每隔70 cm施工一對(duì)服務(wù)孔，共需要施工4對(duì)共8個(gè)服務(wù)孔。施工前先在擋墻施工位置的頂?shù)装濉蓚?cè)用噴漆做好標(biāo)記，每對(duì)服務(wù)孔應(yīng)在一條直線(xiàn)上，且直線(xiàn)應(yīng)保持水平、豎直，所有服務(wù)孔在一個(gè)平面內(nèi)。所有服務(wù)孔孔徑約40 mm，孔深70 cm，且孔與礦體面保持垂直，使橫向鋼軌、圓鋼之間易于連接。服務(wù)孔施工完成后，將1 m長(zhǎng)Φ36圓鋼裝入服務(wù)孔內(nèi)，所有圓鋼形成抗滑樁。

2.制作擋墻鋼骨架。鋼骨架分為橫骨和豎骨，橫骨采用2寸鋼管，豎骨采用4寸鋼管，橫骨與橫向抗滑樁連接，豎骨與豎向抗滑樁連接，然后用U型鋼絲繩卡扣圓鋼與鋼管連接起來(lái)。

3.布置網(wǎng)片、濾水布、金屬片邊框。共需要布置兩層網(wǎng)片和四層濾水布，首先將第一層由兩層不同的網(wǎng)片構(gòu)成，外層使用Φ6 mm網(wǎng)度100 mm×100 mm鋼錨網(wǎng)，內(nèi)層使用Φ6 mm網(wǎng)度50 mm×50 mm鍍鋅錨網(wǎng)，緊貼鋼骨架內(nèi)側(cè)，用鐵絲捆扎在鋼骨架，然后在網(wǎng)片內(nèi)側(cè)表面平鋪兩層濾水布（濾水布橫向平鋪在網(wǎng)片上），并將濾水布塞滿(mǎn)壓實(shí)巷道四周；再平鋪第二層Φ6 mm網(wǎng)度100 mm×100 mm鋼錨網(wǎng)，鋪兩層濾水布，濾水布與墻面、底板必須保持至少50 cm的貼合區(qū)域，用金屬片（2 mm扁鐵）將濾水布與巷道邊緣進(jìn)行貼合壓緊，用電錘每隔30 cm鉆孔（巷道墻面凹凸處進(jìn)行微調(diào)），再膨脹螺桿打入，使得金屬片緊壓濾水布，最后噴一層泡沫膠將濾水布與巷壁粘貼在一起，完成濾水布與巷道墻面封邊。

4.施工斜撐。每堵?lián)鯄残枰?、下兩層斜撐，第一層在豎骨0.5 m處，第二層在豎骨1.5 m處，斜撐由10號(hào)槽鋼和15 kg軌道組成，相鄰豎鋼骨均焊接一根1 m長(zhǎng)的10號(hào)槽鋼，槽鋼將所有豎骨形成一個(gè)整體，將15 kg鋼軌一端固定在槽鋼上，另一端固定在巷道底板抗滑樁上，形成斜撐，斜撐角度盡量控制在45°左右，巷道底板每一個(gè)抗滑樁由一根插入長(zhǎng)30 cm的Φ36圓鋼組成，插入底板20 cm，外露10 cm。

5.充填完畢待膏體凝固后，可將U型鋼絲繩卡扣螺絲擰松后，依次對(duì)鋼管、鋼軌、圓鋼和網(wǎng)片等材料進(jìn)行回收再利用。

輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻設(shè)計(jì)圖

2.3 輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻制作材料

輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻主要材料：10號(hào)槽鋼、15 kg鋼軌、四寸鋼管、兩寸鋼管、Φ6 mm網(wǎng)度100 mm×100 mm鋼錨網(wǎng)、Φ6 mm網(wǎng)度50 mm×50 mm鍍鋅錨網(wǎng)、2 mm濾水布、金屬邊框（2 mm扁鐵）、Φ30圓鋼、膨脹螺桿、U型鋼絲繩卡扣、鐵絲、泡沫膠。

其中10號(hào)槽鋼、15 kg鋼軌、4寸鋼管、2寸鋼管、金屬網(wǎng)片、Φ36圓鋼、U型鋼絲繩卡扣均可回收利用。

2.4 輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻其他技術(shù)要求

1.巷道邊幫、頂板的浮石清理干凈，巷道底板開(kāi)挖至實(shí)底并清理干凈，寬度700 mm以上，有錨網(wǎng)的巷壁必須剪掉。

2.所有材料可以回收再重復(fù)利用，但要保證強(qiáng)度，嚴(yán)重腐蝕的不能用，用舊材料要篩選。

3.充填過(guò)程中，一次充填高度盡量控制在1～1.5 m，待充填體初凝后方可繼續(xù)充填，以防充填擋墻受力過(guò)大。

4.建議擋墻巷道斷面在15 m2以?xún)?nèi)。

2.5 輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻實(shí)例效果分析

寶山礦業(yè)膏體充填自2019年6月份建成以后，使用輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻采空區(qū)充填約30 000 m3，該擋墻在實(shí)際充填作業(yè)中使用效果較好，具有傳統(tǒng)重力式擋墻難以比擬的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐應(yīng)用分析，輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）墻體本身泌水性強(qiáng)，采空區(qū)不需要單獨(dú)布設(shè)濾水管，膏體固結(jié)時(shí)間短；（2）擋墻制作勞動(dòng)強(qiáng)度低、制作時(shí)間短、人工成本低，大大縮短了采礦充填周期；（3）取材方便，鋼結(jié)構(gòu)可利用井下常用的風(fēng)管、水管、軌道制作，主要鋼材可以重復(fù)利用，綜合材料成本低；（4）經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化后，解決了邊縫漏漿問(wèn)題，相對(duì)傳統(tǒng)重力式擋墻防漏性更好。

3 結(jié) 論

設(shè)計(jì)充填擋墻是膏體充填一項(xiàng)重要的工作，充填擋墻直接關(guān)系到膏體質(zhì)量和礦山生產(chǎn)效率。輕型鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻在寶山多次較好的應(yīng)用效果證明了該工藝的可靠性，達(dá)到了高效、環(huán)保、節(jié)約的目的，今后將繼續(xù)全面推廣，并在實(shí)踐中不斷優(yōu)化。