三山島金礦新立礦區(qū)1#原礦倉治理與修復(fù)方法研究

杜 飛

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦, 山東 萊州市 261442)

1 工程背景

礦倉是地下礦山的重要工程之一，對礦山的穩(wěn)定生產(chǎn)有著重要的調(diào)節(jié)作用[1]。三山島金礦新立礦區(qū)主混合井1#原礦倉采用底卸式方式在-600 m水平卸載礦石至-675 m破碎機硐室破碎，采用豎直井筒正常段直徑為6 m，混凝土結(jié)構(gòu)并鑲耐磨襯板，是新立礦區(qū)主混合井的主力卸載礦倉。經(jīng)過3年多的使用，礦倉內(nèi)耐磨襯板大量脫落，混凝土及圍巖塌落，對礦石卸載造成巨大的貧化，并嚴重影響破碎機工作。垮塌邊界距離混合井僅20 m，且有持續(xù)垮塌傾向，為了保證礦山的穩(wěn)定生產(chǎn)和混合井的安全，礦倉治理和修復(fù)顯得尤為重要。

2 垮塌空區(qū)三維激光掃描

目前國內(nèi)外對采空區(qū)的探測技術(shù)主要包括工程鉆探、地球物理勘探、三維激光探測等技術(shù)。其中，三維激光探測技術(shù)能精確獲取采空區(qū)邊界的點云空間信息，利用其高精度的探測成果并借助第三方礦山建模軟件可開展采空區(qū)的三維精確建模[2]。

采用三維激光掃描的方法對礦倉垮塌形成的空區(qū)進行分析并建立三維模型[3-5]。對該礦倉進行三維激光掃描，初步判斷塌方2300 m3，垮塌邊界距礦倉中心最大距離為12 m，并初步形成三維掃描圖(見圖1)，其中塌落區(qū)和井筒與卸載站硐室底板重合區(qū)域較多，主要分布在卸載車輛前進方向(見圖2)。

3 治理方案及施工

本修復(fù)工程以-600 m水平雙控張拉錨索束+井筒內(nèi)錨索+井壁錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)相結(jié)合的方式進行綜合治理，并在此基礎(chǔ)上自下向上修復(fù)井筒澆筑混凝土填充垮塌區(qū)域。在-600 m水平沿原礦倉外圍南北兩側(cè)向井筒內(nèi)壁方向施工雙控張拉錨索鉆孔并安裝錨索束；井內(nèi)連續(xù)分段施工，通過逐段放礦，在礦石渣堆上形成井內(nèi)工作平臺，人員通過吊桶進入井筒內(nèi)施工砂漿錨桿、錨索端部固定及井筒內(nèi)錨索和錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護；井內(nèi)施工過程中，隨著井筒內(nèi)同一標高錨索端部固定完畢，-600 m水平即進行錨索張拉，待全部張拉完成后集中進行鉆孔注漿；最后自下向上修復(fù)井筒澆筑混凝土填充垮塌區(qū)域。

圖1 礦倉塌落空區(qū)

圖2 空區(qū)成因

3.1 雙控張拉錨索鉆孔及安裝施工

為保證礦倉在修復(fù)過程中的穩(wěn)定性和人員作業(yè)安全，在-600 m水平沿原礦倉外圍南北兩側(cè)向井筒內(nèi)壁方向施工雙控張拉錨索鉆孔，全部鉆孔施工完畢后安裝鋼絞線，待錨墩制作完成后即可開始進行井筒內(nèi)的分項工程施工。井筒內(nèi)同一標高的錨索端部固定施工完成后，在地面對錨索按設(shè)計要求施加預(yù)緊力。錨索全部施工完畢后，孔內(nèi)全長砂漿錨固[6]。

設(shè)置6套深部巖體位移監(jiān)測點(見圖3)，南側(cè)4套，北側(cè)2套，位移監(jiān)測點同雙控錨索錨墩砌筑同步進行，將其固定到錨墩內(nèi)。監(jiān)測點錨索束安裝前，在靠近地表50%長度的鋼絞線外部套一層聚乙烯管，錨索束底部50%長度為裸露鋼絞線。

圖3雙控錨索設(shè)計

3.2 井內(nèi)垮塌區(qū)域支護

(1) 井筒內(nèi)垮塌區(qū)域支護設(shè)計見圖4，該支護工程在原礦倉碎石堆上施工，隨放礦逐段進行，每次放礦高度為2 m。井筒內(nèi)支護高度40 m，預(yù)計放礦次數(shù)為20次，約每3 d一個工作循環(huán)，井內(nèi)工期60 d。

(2) 原礦倉內(nèi)通過逐段放礦提供操作場地，每放一段后需對工作面進行敲幫問頂，平整渣堆場地，安裝聯(lián)排木板防止局部下陷，保障施工安全。施工作業(yè)人員配置防墜器和安全帶。

(3) 隨放礦逐段施工砂漿錨桿，錨桿規(guī)格為Φ20 m×2.5 m，間排距為1 m。錨桿施工采用支腿式氣動鑿巖機鉆孔，錨桿鉆孔直徑38～42 mm，全長錨固，錨固力大于50 kN。

(4) 錨桿施工完成后，選用直徑6 mm的鋼筋編織鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)度為100 mm×100 mm，使其與巖壁緊密貼合。第一個和第二個工作循環(huán)安裝雙層鋼筋網(wǎng)。

(5) 錨桿與掛網(wǎng)施工完成后，對井壁進行噴射C20混凝土，厚度為100 mm。先噴射5 cm的混凝土，后掛鋼筋網(wǎng)，再噴射5 cm混凝土。

(6) 原礦倉東西兩側(cè)在井內(nèi)施工錨索孔，鉆深8 m，間排距為2 m，單根錨索15.24 m，樹脂錨固長度2 m，初始張拉至10 t。錨桿、錨索垂直巖壁布置。

(7) 下放過程中，遇到雙控錨索的鉆孔，首先張拉雙控錨索，并將雙控錨索用15.24 mm鋼絞線連接成一個整體。

(8) 錨桿鉆孔注漿時，注漿管應(yīng)插入距孔底300～500 mm處，選用M20水泥砂漿，孔內(nèi)灌砂漿應(yīng)密實飽滿。

3.3 井筒修復(fù)及混凝土填充

井筒修復(fù)及澆筑混凝土均自下而上進行，從原礦倉下口變徑段開始，逐層向上安裝鋼軌、澆筑混凝土，直到卸礦站全部施工完成。施工前先固定吊盤，布設(shè)井筒中心線，再次校核斷面規(guī)格及標高等各項數(shù)據(jù)。再按照設(shè)計位置、標高、數(shù)量標定錨桿位置，錨桿要均勻布置。自下而上分層施工安裝，下放18#槽鋼，與錨桿位置比對后，通過錨桿固定槽鋼，南北兩側(cè)無法固定的錨桿直接放置于垮塌區(qū)域內(nèi)。然后安裝鋼軌，每根鋼軌至少與3根預(yù)埋槽鋼連接，每兩根鋼軌連接時采用夾板夾緊并用螺栓固定，將鋼軌和混凝土澆灌在一起。內(nèi)襯鋼軌與預(yù)埋槽鋼采用螺栓連接，最后立模，檢查變形和漏漿口后，馬上連同垮塌區(qū)域進行澆筑。在澆筑過程中，可適當增加井筒周邊混凝土強度。完成一層鋼軌支護的井筒修復(fù)及混凝土澆筑工作后，按照以上順序逐層進行施工[7]。

圖4垮塌區(qū)域支護設(shè)計

3.4 井筒修復(fù)效果

井筒修復(fù)結(jié)束后，再次投入使用，每隔30 d采用三維激光掃描儀對井筒進行掃描、建模、分析，結(jié)果表明，礦倉再沒出現(xiàn)井壁脫落和圍巖塌落的現(xiàn)象，保證了礦山的穩(wěn)定生產(chǎn)和混合井的安全。

4 結(jié) 語

溜井和礦倉由于長期受下落礦石或廢石的沖擊造成了井壁脫落和圍巖塌落，影響礦山的正常生產(chǎn)。針對上述問題開展研究，提出了控張拉錨索束+井筒內(nèi)錨索+井壁錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)對三山島新立礦區(qū)1#原礦倉進行治理與修復(fù)，并對修復(fù)后的礦倉進行長期監(jiān)測，結(jié)果表明，該技術(shù)能有效治理礦倉或溜井垮塌，可為其他礦山在溜井和礦倉治理方面提供工程參考。

參考文獻：

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

[2]趙興東，徐 帥.礦用三維激光數(shù)字測量原理及其工程應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016.

[3]羅周全，徐 海，朱青凌，等.基于CMS的溜井垮塌三維信息獲取及可視化分析[J].計算機測量與控制，2011，19(11):2818-2820.

[4]葛寶臻，盧 波，田慶國，等.激光三維掃描數(shù)據(jù)的表面重建[J].算機測量與控制，2006，14(10):1366-1367.

[5]Gong J Y，Cheng P G，Wang D Y. Three dimensional modeling and application in geological exploration engineering[J].Computers & geosciences，2004,30(4):191-404.

[6]冶金礦山井巷施工設(shè)計規(guī)范[S].北京：冶金工業(yè)出版社，1985.

[7]彭振斌.注漿工程設(shè)計計算與施工[M].北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1997.