馬宏偉，楊鐵江,王長軍

(1.山東中礦集團(tuán)有限公司，　山東 招遠(yuǎn)市　265400；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，　湖南 長沙　410012)

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阜山金礦南風(fēng)井過采空區(qū)支護(hù)方案研究與應(yīng)用

馬宏偉1，楊鐵江1,王長軍2

(1.山東中礦集團(tuán)有限公司，山東 招遠(yuǎn)市265400；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙410012)

阜山金礦南風(fēng)井原有井筒凈直徑3.5 m，井深325 m。為了完善通風(fēng)系統(tǒng)，緩解礦山提升壓力，進(jìn)行技術(shù)改造，井筒凈徑刷大至5.5 m，井深763 m。在井筒刷大過程中，井筒與已廢棄民采空區(qū)巷道打透，嚴(yán)重影響了井筒正常施工及基建進(jìn)度。經(jīng)研究分析，豎井過采空區(qū)段采取砌磚墻封堵、混凝土充填空區(qū)、壁后注漿、人工假底、鋼筋混凝土支護(hù)等相結(jié)合的支護(hù)方法，并制定南風(fēng)井施工安全質(zhì)量保證措施，成功保障了礦山南風(fēng)井過民采空區(qū)的施工。

豎井掘進(jìn)；民采空區(qū)；支護(hù)方案

0　引　言

阜山金礦現(xiàn)屬于山東中礦集團(tuán)有限公司所管轄礦山之一，位于玲瓏金礦田的東北部，礦區(qū)地層主要為膠東群組斜長角閃巖，變粒巖及斜長片巖，多呈線流體于混合花崗巖中，第四系下發(fā)育。礦山圍巖以玲瓏型似片麻狀黑云母花崗巖為主，另有零星分布的膠東群變質(zhì)巖殘留體以及郭家?guī)X型似斑狀花崗閃長巖，礦巖f=4～6，礦巖松散系數(shù)1.70，礦石體重為2.78 g/m3，圍巖體重2.65 t/m3。礦床成因類型為中低溫?zé)嵋撼涮罱淮停I(yè)類型為含金破碎蝕變巖型，極少量含金石英脈型，礦化受NE向、NNE向及NEE向斷裂系統(tǒng)控制，礦石為黃鐵娟英巖。

中礦集團(tuán)公司正在進(jìn)行一系列的技改項(xiàng)目，阜山金礦南風(fēng)井為公司技術(shù)改建工程之一，南風(fēng)井建成后與礦山原有主豎井聯(lián)合形成新的一級提升系統(tǒng)，承擔(dān)礦山一定毛礦量的提升及礦山主要通風(fēng)系統(tǒng)中的回風(fēng)任務(wù)。目前南風(fēng)井井筒正在按照計(jì)劃進(jìn)行下掘施工，然而在前期井筒施工過程中，井筒遇到了不同規(guī)格、形狀的已廢棄民采空區(qū)，嚴(yán)重影響了該井的施工與進(jìn)度。

1　南風(fēng)井情況及施工中遇到的問題

阜山金礦南風(fēng)井技術(shù)改造工程于2014年2月21日正式動工建設(shè)。南風(fēng)井原有井筒凈直徑3.5 m，井深325 m，欲經(jīng)過技術(shù)改造，井筒凈徑刷大至5.5 m，井深763 m。在井筒刷大至+141.0～+117.0 m水平時，井筒與不同規(guī)格、形狀的已廢棄民采空區(qū)巷道打透，廢棄巷道嚴(yán)重影響了基建工程的施工質(zhì)量及進(jìn)度。經(jīng)現(xiàn)場勘察，空區(qū)內(nèi)無積水威脅，井筒原巖穩(wěn)固性較好，硬度系數(shù)為8～12。采空區(qū)寬度約為3～5 m，高度2～10 m不等，且成相交、相切、環(huán)繞狀分布于井筒周圍(如圖1所示)。其中，成環(huán)繞狀分布的民采空區(qū)距離井壁原巖厚度最小值不到2 m。

圖1　南風(fēng)井周邊空區(qū)現(xiàn)狀

2　支護(hù)方案研究

2.1正常施工時支護(hù)方案

根據(jù)礦山圍巖性質(zhì)、井段高度及涌水量等情況，在南風(fēng)井正常施工過程中，為了阻止井壁圍巖變形、破壞、坍塌，同時防止圍巖風(fēng)化，一般需要及時對井壁進(jìn)行支護(hù)，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行[1]。礦山南風(fēng)井施工時對圍巖進(jìn)行的支護(hù)措施主要采取以下3種方式。

(1) 錨桿金屬網(wǎng)支護(hù)。該支護(hù)方式作為南風(fēng)井施工時的臨時支護(hù)，采用錨桿加固圍巖，并掛金屬網(wǎng)以阻擋碎塊巖幫冒落。金屬網(wǎng)采用錨桿固定在井壁上，材質(zhì)用16號鍍鋅鐵絲，錨桿長度1.8 m，間距為0.9～1.1 m，直徑為15 mm。隨南風(fēng)井掘進(jìn)面的推進(jìn)，邊打眼邊進(jìn)行錨桿金屬網(wǎng)的架設(shè)[2]。

(2) 噴射混凝土支護(hù)。豎井施工時，根據(jù)井壁的圍巖條件，噴射混凝土既可做臨時支護(hù)方式又可做永久支護(hù)方式。臨時支護(hù)時，噴層厚度一般為50～l00 mm；永久支護(hù)時，噴層厚度一般為100～l50 mm，若遇上風(fēng)化嚴(yán)重、破碎面大地質(zhì)條件較差的地段，錨桿、金屬網(wǎng)或鋼筋等與噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)。噴射混凝土具有防止風(fēng)化、充填裂隙、封閉圍巖、增加圍巖完整性的作用，但其在豎井井筒支護(hù)應(yīng)用中主要適應(yīng)于堅(jiān)硬、穩(wěn)定、完整、且開挖后不產(chǎn)生大位移的圍巖，金屬礦山井筒施工中應(yīng)用較多[3]。阜山金礦南風(fēng)井施工時，噴射混凝土作為臨時支護(hù)方式應(yīng)用。

(3) 現(xiàn)澆混凝土支護(hù)?；炷?或稱現(xiàn)澆混凝土)支護(hù)具有整體性強(qiáng)、強(qiáng)度高、封水性能好、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工等優(yōu)點(diǎn)，豎井施工中作為永久支護(hù)方式廣泛使用，特別在不適合采用噴射混凝土的地層中[4]。阜山金礦南風(fēng)井的永久支護(hù)方式即采用現(xiàn)澆混凝土支護(hù)，混凝土的主要質(zhì)量技術(shù)要求見表1。

表1　混凝土質(zhì)量技術(shù)參數(shù)

2.2南風(fēng)井過采空區(qū)支護(hù)方案

針對南風(fēng)井施工時遇到采空區(qū)的情況，為保證南風(fēng)井的施工安全及正常掘進(jìn)，對于不同高度與大小的采空區(qū)，分別研究了不同的支護(hù)方案。經(jīng)不斷地試驗(yàn)及現(xiàn)場實(shí)踐，南風(fēng)井過采空區(qū)段采取加強(qiáng)支護(hù)、強(qiáng)行穿越的施工原則和方法。

為防止井壁外松散體的側(cè)壓力不均，而造成井壁移位，在支護(hù)前須將空區(qū)底板處的矸石清理。為提高支護(hù)強(qiáng)度，維護(hù)井筒圍巖穩(wěn)定，在支護(hù)體下方增加一個鋼筋混凝土壁座，來支撐整個采空區(qū)支護(hù)體。壁座高度不小于1.25 m,寬度不小于0.75 m。并保證充填采空區(qū)的混凝土總厚度(包括空區(qū)充填厚度、砌碹厚度)達(dá)2.5 m以上，同時將井筒設(shè)計(jì)砌碹厚度由300 mm增大為500 mm，混凝土強(qiáng)度為C20，確保井壁支護(hù)符合《煤礦立井井筒及硐室設(shè)計(jì)規(guī)范》、《有色金屬礦山井巷工程施工規(guī)范》要求[5]。根據(jù)民采空區(qū)高度的不同，采取如下不同的支護(hù)方案[6￣7]：

(1) 空區(qū)高度小于4 m時，主要采取砌磚墻封堵、混凝土充填空區(qū)、壁后注漿的方法進(jìn)行支護(hù)。在封堵之前使用不小于3 m的釬桿垂直于井壁方向施工探空眼，對于原巖厚度小于2 m的民采空區(qū)，先與空區(qū)打透，并清理底板矸石，再與空區(qū)一起磚砌封堵，擋墻前后使用木樁支撐加固，擋墻位置距離井壁不小于2.0 m，擋墻厚度不小于0.5 m，最后結(jié)合4 m液壓模板配廢舊道軌進(jìn)行混凝土充填。

(2) 空區(qū)高度介于4～10 m時，主要在砌墻封堵的基礎(chǔ)上，施工人工假底、配鋼筋進(jìn)行混凝土支護(hù)。先在空區(qū)原巖兩幫橫向每隔0.5 m、縱向每隔4 m施工錨桿，在錨桿上方鋪設(shè)槽鋼，并用鐵板焊接牢固，后結(jié)合模板每4 m為一段高進(jìn)行鋼筋混凝土澆筑。技術(shù)參數(shù)如下:選用Φ36的圓鋼錨桿、22#槽鋼、Φ16的鋼筋、配筋間距為300 mm(見圖2)。

圖2　南風(fēng)井過采空區(qū)支護(hù)方案

3　安全質(zhì)量保證措施

3.1安全保證措施

(1) 針對豎井掘砌過程中受民采空區(qū)的破壞，防止空區(qū)給人員、設(shè)備帶來不利安全影響，施工單位施工過程中加大探空探水力度，始終堅(jiān)持“有疑必探、先探后掘”的原則，及時使用深度不小于3 m的鉆桿向下、向兩側(cè)施工探空探水眼，探眼每班至少施工1次。

(2) 礦山堅(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主”的方針，對豎井所有施工人員進(jìn)行技術(shù)、質(zhì)量、安全教育，施工中必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程、做好技術(shù)交底工作、確保工程質(zhì)量、并堅(jiān)持文明施工。

(3) 必須做好井筒風(fēng)化段的臨時支護(hù)，根據(jù)巖層的軟硬程度及時采取固定錨桿、掛網(wǎng)、架鋼支撐架、錨噴等支護(hù)手段，開挖爆破時嚴(yán)格控制裝藥量，確保爆破不對井壁造成大的破壞。

(4) 礦山堅(jiān)持施工安全管理與施工質(zhì)量同時抓，把質(zhì)量與安全同等重視起來，管理人員、工程技術(shù)人員、施工人員齊抓共管，明確各自的“崗位職責(zé)”，避免忙中出亂，合理安排豎井施工工序、及時解決生產(chǎn)安全與生產(chǎn)進(jìn)度的矛盾，嚴(yán)格遵守豎井施工相關(guān)安全規(guī)程、規(guī)范等。

(5) 針對南風(fēng)井施工，礦山制定了鉆眼爆破、裝巖排矸、機(jī)電管理、通風(fēng)、防火、防塵、支護(hù)等安全技術(shù)措施，確保南風(fēng)井按計(jì)劃、要求順利施工。

3.2質(zhì)量保證措施

(1) 加強(qiáng)對施工人員的質(zhì)量教育，提高質(zhì)量意識，牢固樹立“百年大計(jì)，質(zhì)量為本”、“質(zhì)量責(zé)任重于泰山”的思想觀念，從制度上強(qiáng)化工程質(zhì)量方面的管理，施工過程中堅(jiān)持“誰施工誰負(fù)責(zé)”的原則。

(2) 執(zhí)行質(zhì)量檢查制度，嚴(yán)控原材料進(jìn)場程序，同時做好材料進(jìn)場報(bào)檢、抽樣檢驗(yàn)試驗(yàn)工作，做好場地內(nèi)堆放材料的防護(hù)，定期檢驗(yàn)易變質(zhì)的材料，不準(zhǔn)使用質(zhì)量不合格的材料。

(3) 嚴(yán)格實(shí)行“三檢制”施工制度，工序要交接必須由下一班組進(jìn)行檢查，交接班組檢查合格后，再由質(zhì)檢員復(fù)檢，并填寫質(zhì)量檢測評定表，下一道工序的施工必須建立在上道工序質(zhì)檢合格的基礎(chǔ)上。

(4) 混凝土澆筑或支護(hù)井筒時必須及時取樣送檢，出現(xiàn)問題便于及時調(diào)整，確保施工混凝土配合比的合理性，保障南風(fēng)井井壁支護(hù)安全。

(5) 在南風(fēng)井開挖、支護(hù)施工過程中，加強(qiáng)量測，實(shí)施三級復(fù)核制度，由專人負(fù)責(zé)測量工作，每環(huán)均復(fù)測開挖斷面，保證斷面尺寸符合設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)位置準(zhǔn)確。

(6) 在南風(fēng)井施工中，加強(qiáng)各單位、各部門、各工序之間的協(xié)調(diào)工作，及時作好質(zhì)量檢查記錄，收集并整理各種質(zhì)量保證資料。

4　應(yīng)用效果

經(jīng)過現(xiàn)場施工實(shí)踐，阜山金礦南風(fēng)井過采空區(qū)支護(hù)采用鋪設(shè)人工假底、磚砌封堵、加大砌碹厚度、增加壁座等支護(hù)方案，同時結(jié)合制定的相關(guān)施工安全質(zhì)量保證措施，有效地防護(hù)了民采空區(qū)對南風(fēng)井井筒的破壞。實(shí)踐證明，此支護(hù)方法施工周期短、費(fèi)用低、支護(hù)強(qiáng)度符合規(guī)范要求，確保了礦山基建過程中南風(fēng)井的施工質(zhì)量及進(jìn)度。

[1]趙其禎，郭慧高，楊長祥.大型坑采礦山主回風(fēng)井修復(fù)技術(shù)研究與實(shí)踐[J].采礦技術(shù),2008,8(4):83￣86.

[2]韓天宇，王永柱.千米豎井掘進(jìn)施工難點(diǎn)及解決方法[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015(8):230￣232.

[3]王風(fēng)明.煤礦豎井井筒裝備制定施工方案的探討[J].中國科技博覽,2014(38):303.

[4]周正濂.豎井的聯(lián)合支護(hù)[J].世界采礦快報(bào),1991(28):8.

[5]《有色金屬礦山井巷工程施工規(guī)范》編委會.有色金屬礦山井巷工程施工規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

[6]臧潤成.豎井馬頭門掘進(jìn)與支護(hù)工藝[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015(12):152￣153.

[7]陸家齊，張恩山.淺談礦山溜礦豎井的施工技術(shù)[J].中國水運(yùn)月刊,2013,13(S1):268￣269.

2016￣04￣28)

馬宏偉(1988-)，男，山東招遠(yuǎn)人，助理工程師，主要從事礦山基建、采礦等技術(shù)工作，Email:mahongwei99954@126.com。