李成合 盧宏建

(1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；2.河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司石人溝鐵礦)

金屬礦山采區(qū)垮冒溜井加固關(guān)鍵技術(shù)研究*

李成合1,2盧宏建1

(1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；2.河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司石人溝鐵礦)

金屬礦山采區(qū)溜井是礦山運(yùn)輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，其能否安全運(yùn)營直接影響到礦山的出礦效率。以典型鐵礦山垮冒溜井為工程背景，采用現(xiàn)場調(diào)查的方法，在總結(jié)分析采區(qū)溜井使用現(xiàn)狀與破壞形式的基礎(chǔ)上，提出了搭建渣面工作平臺的加固方案，并確定了加固參數(shù)與施工工藝，方案實(shí)施后應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益良好，對類似工程有指導(dǎo)和借鑒意義。

金屬礦山 垮冒溜井 加固 技術(shù) 渣面法

采區(qū)溜井作為地下金屬礦山最重要的采礦工程之一，是井下開采礦巖的集貯和轉(zhuǎn)運(yùn)站，其能否安全運(yùn)營一直是影響地下金屬礦山采礦生產(chǎn)和安全的重大技術(shù)難題[1-2]。因此，礦山對溜井的選位、維護(hù)與管理都十分重視。但由于溜井工程環(huán)境復(fù)雜，又長期受沖擊載荷作用，穩(wěn)定條件惡劣，一些生產(chǎn)能力大且礦巖軟破的礦山溜井都存在變形破壞、堵塞以及管理等眾多問題。許多學(xué)者對采區(qū)溜井的穩(wěn)定性和破壞機(jī)理進(jìn)行了深入的研究[3-4]。

某鐵礦為大型地下開采鐵礦山，礦床賦存條件復(fù)雜多變，礦體內(nèi)塊粉夾雜，巖礦相間，開采難度極大，作為井下采礦重要設(shè)施的溜井長期以來破壞嚴(yán)重，受到堵塞、垮冒的影響，平均使用年限僅為設(shè)計(jì)服務(wù)年限的一半左右，一直是阻礙礦山生產(chǎn)發(fā)展的重要因素之一。尋求合理有效的采區(qū)溜井支護(hù)方案對保證礦山安全正常生產(chǎn)具有極其重要的意義。

1 溜井使用現(xiàn)狀與破壞形式

某礦山溜井破壞主要集中在東Ⅰ區(qū)及東Ⅱ區(qū)。東區(qū)溜井于2005年投入使用，2009年5月由于東區(qū)停產(chǎn)，溜井也停止使用。在停產(chǎn)前，東Ⅰ區(qū)溜井包括610F(廢石)、612K(礦石)、614F，東Ⅱ區(qū)溜井包括610K、612K、612F、614K均出現(xiàn)了不同程度的破壞情況。

1.1 東Ⅰ區(qū)612K

此類溜井由于暫未投入使用，狀態(tài)良好，未出現(xiàn)破壞情況。隨著溜井的投入使用，預(yù)計(jì)可能出現(xiàn)局部破壞。此類溜井穩(wěn)定性為最佳。

1.2 東Ⅰ區(qū)610F、614F及東Ⅱ區(qū)614K

此類溜井由于圍巖自身的穩(wěn)定性不夠，在溜礦時(shí)礦石的沖擊、摩擦下，造成了局部破壞，其中東Ⅱ區(qū)614K溜井已經(jīng)過維護(hù)，而東Ⅰ區(qū)610F、614F由于破壞處對生產(chǎn)不構(gòu)成影響，因此，僅進(jìn)行了簡單的處理。此類溜井穩(wěn)定性次之。

1.3 東Ⅱ區(qū)610K

此類溜井穩(wěn)定性較差。此溜井在-298 m處發(fā)生垮冒，經(jīng)過全面維護(hù)，現(xiàn)穩(wěn)定性已得到有效改善，未投入正式使用。

1.4 東Ⅱ區(qū)612K、612F

此類溜井穩(wěn)定性最差，因破壞嚴(yán)重，無法進(jìn)行維護(hù)，已被整體堵死，未再投入使用。

2 溜井變形破壞原因分析

結(jié)合礦山實(shí)際情況，溜井破壞影響因素主要有溜井區(qū)域圍巖為高嶺土化的軟破巖層；結(jié)構(gòu)采用無貯礦倉式，礦石(或廢石)放空時(shí)，井壁多次受到?jīng)_擊和磨損；溜井在各個(gè)分段水平都要與出礦聯(lián)巷相連，井與巷的交叉口為應(yīng)力集中區(qū)；未采取支護(hù)；使用過程中，有時(shí)空井卸礦、大塊超標(biāo)；設(shè)計(jì)斷面尺寸偏小等。

3 典型垮冒溜井返修加固

3.1 溜井垮冒概況

610-Ⅱ礦石溜井負(fù)責(zé)礦山第六中段-270～-340 m 水平Ⅱ#礦體10#穿脈覆蓋的礦體。此中段分5個(gè)水平開采，依次為-284，-298，-312，-326，-340 m水平。開拓系統(tǒng)形成后，溜井開始投入使用，僅在284 m水平回采礦體的1/3時(shí)，就出現(xiàn)了垮冒。溜井-312 m水平垮冒范圍最大，南北最大處11 m，東西最大處8 m，且與放礦聯(lián)絡(luò)道和運(yùn)輸巷道跨通；在豎直方向上垮冒長度為24 m，向上至-312 m水平以上4 m，向下至-326 m以下6 m。610-Ⅱ礦石溜井垮冒范圍見圖1。

圖1 610-Ⅱ礦石溜井垮冒范圍

3.2 支護(hù)方案

由于垮冒垂直區(qū)域高達(dá)24 m，處理需要搭建作業(yè)平臺，目前常用方法有吊罐法和渣面法見圖2。搭建渣面平臺法工人作業(yè)安全，設(shè)備擺放平穩(wěn)，工作業(yè)效率高，為最優(yōu)方案。采用初次支護(hù)與二次支護(hù)，支護(hù)流程見圖3。

圖2 方案對比

圖3 支護(hù)流程

初次支護(hù)：自上而下先噴漿，再錨噴。噴漿厚度不小于30 mm，錨桿間距為1 m。井壁圍巖得到初步加固，穩(wěn)定性提高，為后續(xù)施工提供了安全保障，初次支護(hù)示意見圖4。

圖4 初次支護(hù)示意

二次支護(hù)：自下而上，先澆灌底座，再進(jìn)行鋼筋混凝土澆灌。為降低澆灌成本采用大斷面澆灌，厚度不小于600 mm。圍巖通過由圓鋼、工字鋼、鋼纖維等組成的骨架與混凝土結(jié)合成整體，形成新的高強(qiáng)度井壁，二次支護(hù)示意見圖5。支護(hù)材料見表1。

圖5 二次支護(hù)示意

表1 支護(hù)材料規(guī)格

3.3 支護(hù)工藝

3.3.1 準(zhǔn)備工作

(1)清洗井筒。為防止回彈料膠結(jié)堵塞井筒，填廢石塊渣至-312 m水平，利用爆破沖擊波對井筒-270～-312 m水平自上而下進(jìn)行清洗，確保井壁及井口馬頭門浮渣清洗干凈。

(2)搭建安全平臺。在-298 m水平搭建護(hù)頂安全平臺，確保井筒施工安全。平臺要求封閉嚴(yán)實(shí)，并具備足夠強(qiáng)度。

(3)施工時(shí)，下盤610 m廢石井停止裝礦，下盤停止放大炮，本水平及上水平相鄰穿脈采區(qū)停止回采工作。

3.3.2 施工過程

(1)下料。澆灌用粗骨料碎石由+107 m通過副井下運(yùn)至-270 m，再轉(zhuǎn)運(yùn)到采區(qū)電梯，最后運(yùn)至施工地點(diǎn)；鋼纖維和其他材料由+54 m通過副井罐籠、采區(qū)電梯運(yùn)至施工現(xiàn)場；噴漿料由-270 m攪拌站運(yùn)抵施工地點(diǎn)。

(2)攪拌。攪拌料嚴(yán)格按照配比在施工現(xiàn)場配制，在-312 m溜井附近攪拌，攪拌時(shí)宜采用將鋼纖維、水泥、粗骨料先干拌后濕拌的方法，干拌時(shí)間不少于1.5 min，鋼纖維混凝土不允許出現(xiàn)絲團(tuán)現(xiàn)象。攪拌后通過溜灰管及時(shí)澆灌。

(3)噴漿。自上而下噴漿，噴漿起點(diǎn)要超前垮冒起點(diǎn)2m，終點(diǎn)要超過垮冒止點(diǎn)2m，噴漿厚度不小于30mm。

(4)注錨、二次噴漿。采用φ42 mm×1 800 mm管縫錨桿，錨桿間距為1 m，自-312 m以上溜井垮冒處依次向下進(jìn)行噴錨支護(hù)，直至井筒垮冒最下部。采用32.5強(qiáng)度等級的普通礦渣硅酸鹽水泥拌成的熟料進(jìn)行噴漿，厚100 mm。

4 經(jīng)濟(jì)效益與效果評價(jià)

施工總成本為35.4萬元，1 a效果檢查期內(nèi)，610 m礦石井在-284 m水平回收礦石總量6.8萬t，按礦石凈利潤66元/t計(jì)算，回收礦量效益為448.8萬元，則加固經(jīng)濟(jì)效益為413.4萬元。施工成本見表2。

表2 施工成本

自2010年3月溜井加固實(shí)施完成后，目前新井壁無開裂或變形跡象，支護(hù)效果理想，與相同地質(zhì)條件下的工程類比，溜井使用壽命不小于8 a，延長一倍。

5 結(jié) 語

根據(jù)礦山采區(qū)溜井使用現(xiàn)狀與破壞形成原因，結(jié)合礦山典型垮冒溜井實(shí)際情況，提出了渣面法加固方案，加固效果良好，在節(jié)約施工成本的基礎(chǔ)上，獲取良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，溜井使用壽命延長一倍，達(dá)到了預(yù)期目的，對類似工程具有一定的借鑒意義。

[1] 宋衛(wèi)東,王洪永,王 欣,等.采區(qū)溜井卸礦沖擊載荷作用的理論分析與驗(yàn)證[J],巖土力學(xué),2011,32(2):326-333.

[2] 宋衛(wèi)東,匡忠祥.采區(qū)溜井加固工程圍巖穩(wěn)定性數(shù)值計(jì)算分析[J].金屬礦山,2001,36(6):23-28.

[3] 季 翱,宋衛(wèi)東,杜翠鳳,等.采區(qū)溜井嚴(yán)重垮冒原因分析及加固方案研究[J],金屬礦山,2007,42(2):26-29.

[4] 明世祥.地下金屬礦山主溜井變形破壞機(jī)制分析[J].金屬礦山,2004,39(1):5-8.

*河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號：E2014209093)。

2014-08-29)

李成合(1966—),男,副礦長，高級工程師,064200 河北省遵化市。