阜山金礦南風井過采空區支護方案研究與應用

馬宏偉，楊鐵江,王長軍

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

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阜山金礦南風井過采空區支護方案研究與應用

馬宏偉1，楊鐵江1,王長軍2

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

阜山金礦南風井原有井筒凈直徑3.5 m，井深325 m。為了完善通風系統，緩解礦山提升壓力，進行技術改造，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巷道打透，嚴重影響了井筒正常施工及基建進度。經研究分析，豎井過采空區段采取砌磚墻封堵、混凝土充填空區、壁后注漿、人工假底、鋼筋混凝土支護等相結合的支護方法，并制定南風井施工安全質量保證措施，成功保障了礦山南風井過民采空區的施工。

豎井掘進；民采空區；支護方案

0　引　言

阜山金礦現屬于山東中礦集團有限公司所管轄礦山之一，位于玲瓏金礦田的東北部，礦區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巖殘留體以及郭家嶺型似斑狀花崗閃長巖，礦巖f=4～6，礦巖松散系數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熱液充填交代型，工業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向斷裂系統控制，礦石為黃鐵娟英巖。

中礦集團公司正在進行一系列的技改項目，阜山金礦南風井為公司技術改建工程之一，南風井建成后與礦山原有主豎井聯合形成新的一級提升系統，承擔礦山一定毛礦量的提升及礦山主要通風系統中的回風任務。目前南風井井筒正在按照計劃進行下掘施工，然而在前期井筒施工過程中，井筒遇到了不同規格、形狀的已廢棄民采空區，嚴重影響了該井的施工與進度。

1　南風井情況及施工中遇到的問題

阜山金礦南風井技術改造工程于2014年2月21日正式動工建設。南風井原有井筒凈直徑3.5 m，井深325 m，欲經過技術改造，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，井筒與不同規格、形狀的已廢棄民采空區巷道打透，廢棄巷道嚴重影響了基建工程的施工質量及進度。經現場勘察，空區內無積水威脅，井筒原巖穩固性較好，硬度系數為8～12。采空區寬度約為3～5 m，高度2～10 m不等，且成相交、相切、環繞狀分布于井筒周圍(如圖1所示)。其中，成環繞狀分布的民采空區距離井壁原巖厚度最小值不到2 m。

圖1　南風井周邊空區現狀

2　支護方案研究

2.1正常施工時支護方案

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

(1) 錨桿金屬網支護。該支護方式作為南風井施工時的臨時支護，采用錨桿加固圍巖，并掛金屬網以阻擋碎塊巖幫冒落。金屬網采用錨桿固定在井壁上，材質用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。隨南風井掘進面的推進，邊打眼邊進行錨桿金屬網的架設[2]。

(2) 噴射混凝土支護。豎井施工時，根據井壁的圍巖條件，噴射混凝土既可做臨時支護方式又可做永久支護方式。臨時支護時，噴層厚度一般為50～l00 mm；永久支護時，噴層厚度一般為100～l50 mm，若遇上風化嚴重、破碎面大地質條件較差的地段，錨桿、金屬網或鋼筋等與噴射混凝土聯合支護。噴射混凝土具有防止風化、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應用中主要適應于堅硬、穩定、完整、且開挖后不產生大位移的圍巖，金屬礦山井筒施工中應用較多[3]。阜山金礦南風井施工時，噴射混凝土作為臨時支護方式應用。

(3) 現澆混凝土支護。混凝土(或稱現澆混凝土)支護具有整體性強、強度高、封水性能好、便于實現機械化施工等優點，豎井施工中作為永久支護方式廣泛使用，特別在不適合采用噴射混凝土的地層中[4]。阜山金礦南風井的永久支護方式即采用現澆混凝土支護，混凝土的主要質量技術要求見表1。

表1　混凝土質量技術參數

2.2南風井過采空區支護方案

針對南風井施工時遇到采空區的情況，為保證南風井的施工安全及正常掘進，對于不同高度與大小的采空區，分別研究了不同的支護方案。經不斷地試驗及現場實踐，南風井過采空區段采取加強支護、強行穿越的施工原則和方法。

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

(1) 空區高度小于4 m時，主要采取砌磚墻封堵、混凝土充填空區、壁后注漿的方法進行支護。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，先與空區打透，并清理底板矸石，再與空區一起磚砌封堵，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，最后結合4 m液壓模板配廢舊道軌進行混凝土充填。

(2) 空區高度介于4～10 m時，主要在砌墻封堵的基礎上，施工人工假底、配鋼筋進行混凝土支護。先在空區原巖兩幫橫向每隔0.5 m、縱向每隔4 m施工錨桿，在錨桿上方鋪設槽鋼，并用鐵板焊接牢固，后結合模板每4 m為一段高進行鋼筋混凝土澆筑。技術參數如下: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　南風井過采空區支護方案

3　安全質量保證措施

3.1安全保證措施

(1) 針對豎井掘砌過程中受民采空區的破壞，防止空區給人員、設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、向兩側施工探空探水眼，探眼每班至少施工1次。

(2) 礦山堅持“安全第一，預防為主”的方針，對豎井所有施工人員進行技術、質量、安全教育，施工中必須嚴格遵守操作規程、做好技術交底工作、確保工程質量、并堅持文明施工。

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

(4) 礦山堅持施工安全管理與施工質量同時抓，把質量與安全同等重視起來，管理人員、工程技術人員、施工人員齊抓共管，明確各自的“崗位職責”，避免忙中出亂，合理安排豎井施工工序、及時解決生產安全與生產進度的矛盾，嚴格遵守豎井施工相關安全規程、規范等。

(5) 針對南風井施工，礦山制定了鉆眼爆破、裝巖排矸、機電管理、通風、防火、防塵、支護等安全技術措施，確保南風井按計劃、要求順利施工。

3.2質量保證措施

(1) 加強對施工人員的質量教育，提高質量意識，牢固樹立“百年大計，質量為本”、“質量責任重于泰山”的思想觀念，從制度上強化工程質量方面的管理，施工過程中堅持“誰施工誰負責”的原則。

(2) 執行質量檢查制度，嚴控原材料進場程序，同時做好材料進場報檢、抽樣檢驗試驗工作，做好場地內堆放材料的防護，定期檢驗易變質的材料，不準使用質量不合格的材料。

(3) 嚴格實行“三檢制”施工制度，工序要交接必須由下一班組進行檢查，交接班組檢查合格后，再由質檢員復檢，并填寫質量檢測評定表，下一道工序的施工必須建立在上道工序質檢合格的基礎上。

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

(5) 在南風井開挖、支護施工過程中，加強量測，實施三級復核制度，由專人負責測量工作，每環均復測開挖斷面，保證斷面尺寸符合設計要求、結構位置準確。

(6) 在南風井施工中，加強各單位、各部門、各工序之間的協調工作，及時作好質量檢查記錄，收集并整理各種質量保證資料。

4　應用效果

經過現場施工實踐，阜山金礦南風井過采空區支護采用鋪設人工假底、磚砌封堵、加大砌碹厚度、增加壁座等支護方案，同時結合制定的相關施工安全質量保證措施，有效地防護了民采空區對南風井井筒的破壞。實踐證明，此支護方法施工周期短、費用低、支護強度符合規范要求，確保了礦山基建過程中南風井的施工質量及進度。

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

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

[3]王風明.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.豎井的聯合支護[J].世界采礦快報,1991(28):8.

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

[6]臧潤成.豎井馬頭門掘進與支護工藝[J].現代礦業,2015(12):152￣153.

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

2016￣04￣28)

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