浅谈某矿山主溜井垮冒后加固方案的研究

龚小龙 周宏瑞 宋连春

摘 要：文章分析了矿山溜井破坏的原因，阐述了各种溜井支护方式的优缺点，为溜井支护方式的选择提供参考。

关键词：溜井破坏；支护方案；溜井井筒混合支护

引言

某铜矿采用“竖井+无轨斜坡道”联合开拓。矿山现采用多中段同时作业，坑内矿石从各个中段卸矿口卸矿后，由新主井集中提升至地表。主井、副井、溜破系统均布置在矿体的下盘中部且在一条直线上，各自间距为30m左右，1#矿石溜井与2#矿石溜井连通同一个破碎硐室。1#矿石溜井为圆形溜井，总垂直高度285m，共服务6个中段，井内除粉矿平台、冲击段局部及下部储矿段采用了加强支护，其余均为混凝土支护。该溜井原设计服务年限24年，但仅经过2年来各中段卸入矿石的冲刷，目前1#矿石溜井损坏严重。

矿山采用激光扫描技术对1#矿石溜井进行实测，实测结果显示，溜井损坏较大的地段在-275m～-495m标高之间，溜井损坏段呈大断面的近乎圆形或椭圆形，破坏断面均大于100m2，为溜井原设计断面（12.57m2）的8倍，已严重影响正常生产作业。

主溜井的垮冒掐断了该矿山的生产咽喉，所以必须尽快寻找解决方案，经各方专家多次研究讨论，提出了两个建设方案：一是从溜井选址上考虑，选择在围岩稳定坚固位置新建3#矿石溜井替代垮冒的1#矿石溜井；二是原位修复方案，将现已垮冒的1#溜井进行修复，并加强井筒的支护。经反复讨论，认为尽管新建3#矿石溜井投资较低，但对生产影响最大，故最终确定采用原位修复1#矿石溜井方案。

1 溜井破坏原因分析

1.1 工程岩体条件

矿岩的软弱层及断层破碎带的影响是溜井破坏的主要原因之一。由于溜井井筒位于节理裂隙较发育，软弱结构面内不均匀夹杂着大量蚀变类岩石的不良地质地段，岩石呈细脉状分布，当有冲击载荷时，易由局部塌落发展成大规模塌方，造成“多米诺骨牌”式的连锁反应。

1.2 溜井工程环境差

溜井在各个中段水平都要与出矿联巷相连，井与巷的交叉口往往是稳定性最差的部位，加上多水平卸矿的冲撞，使各个分段卸矿口附近的井筒破坏都十分严重。

1.3 井筒不支护或支护强度低

溜井围岩条件本身就较差，再加上矿石通过能力大，应进行支护才能尽量保持稳定，但大部分溜井都未采取必要的支护措施。

1.4 使用不当

溜井的使用过程中，有时空井卸矿、各分段水平的凿岩水不加阻止地流入井筒、各水平溜井口均未采取锁口和安装格筛等措施等是造成溜井过早破坏的原因。

1.5 应力集中的影響

矿体的下盘是支承压力集中部位，尽管溜井受力状态较好，但遇到断层及软弱面，其压力作用就会显现，尤其是溜井群存在的部位，往往会引起较大的地压活动。

2 矿石溜井加固方案的研究

溜井加固类型有两种，一种是柔性加固，一种是刚性加固。柔性加固主要是采用堆积粉矿做缓冲层，来防止和减少矿石流对井壁的冲击和磨损；刚性加固是通过增加井壁防御矿石流的冲击和磨损的能力，常采用的材料有混凝土、钢筋混凝土、钢轨、普通钢板、锰钢板、高锰钢板、料石和混凝土预制块等。

针对某矿山实际具体情况，对矿石溜井加固方案进行了筛选和比较，加固方案比较情况如下：

（1）钢轨加固。预先将溜井采用矿石回填，根据矿石溜井内部的损坏情况，分段修复。溜井-210～-280m标高之间逐段放出矿石后采用锚喷支护；溜井-280～-495m标高之间采用直径4m的圆形断面衬砌，溜井井壁为钢纤维砼支护，支护厚度500mm，内衬钢轨，分枝溜井及其与主溜井交接处内衬钢轨加密支护，其余区段内衬钢轨抽稀支护，施工顺序为自下而上。

该方案具有恢复了原溜井功能、扩帮工程量小、支护量少、修复费用相对较小等优点。但其回填矿石量大、材料消耗量大、修复工期长、人员施工安全得不到保证，安全隐患大。

（2）高锰钢板加固。预先将溜井采用矿石回填，而后-210～-280m标高之间逐段放出矿石采用锚喷支护；-280～-495m标高之间采用直径4m的圆形断面衬砌，由锰钢板支模，内部充填混凝土，井壁支护采用C30强度混凝土，支护厚度500mm，锰钢板通过生根钩与井壁混凝土支护体连接，施工顺序为自下而上。

该方案具有恢复了原溜井功能、扩帮工程量小、消耗钢材量、支护量少等优点。但其壁后充填量大、修复工期长、施工工序复杂、人员施工安全得不到保证，安全隐患大。

（3）橡胶衬板加固。橡胶衬板是将高耐磨、抗冲力好的橡胶经过硫化高压处理附着在钢骨架上，形成适应不同加固情况的挂件或预埋件。它有如下特点：其一，耐磨性能优良，其耐磨性能是普通钢轨的4-8倍，锰钢板的2～4倍。橡胶衬板的耐磨性能缘于它良好的弹性，当有载荷时，橡胶收缩，当载荷卸掉时，橡胶恢复原状。其二，重量轻便于安装和维修。其三是具有极佳的吸震隔震效果。其四是安装方式可多种多样，可采用内螺纹锚杆对橡胶衬板进行锚固，也可根据施工和安装习惯做成外挂式。其五是经济上比较合理。其缺点是抗切割性能较差。橡胶衬板由于其抗撕强度比钢铁要低得多，矿石尖角的高速冲击会形成对橡胶衬板的切割，从而导致其使用寿命缩短。

（4）钢轨+钢筋钢纤维混凝土加固。-210m～-280m整体稳定性较好，且井壁破坏程度较小，井筒平均净直径4.0m，该段采用逐段进行喷锚网进行修复。

在溜井-280m以上喷锚网修复完成后，将井筒内充填矿石放至-490m标高，再以C15混凝土对井筒-280m～-490m段进行充填。充填凝固后由-280m向下掘进Φ4m井筒，井筒支护厚度500mm，为双层钢筋钢纤维混凝土结构；分支溜井采用双层钢筋钢纤维混凝土+衬钢轨支护，钢纤维砼强度等级为CF30，支护厚度500mm，分支溜井底部半圆衬30kg/m钢轨，衬钢轨间距取为200mm。

该方案具有恢复了原溜井功能、扩帮工程量小、消耗钢材量、支护量少、人员施工安全得不到保证等优点。但其混凝土充填量大、修复工期长、施工工序复杂。

3 修复方案的确定

该矿山通过对多种修复方案的研究和分析，结合矿山实际的具体情况，针对溜井的不同地段、不同的地质条件以及受损程度的强弱等采取了钢轨加固、钢筋钢纤维混凝土混合加固的方法，效果好。

4 溜井管理

虽最终确定了溜井修复方案，且其运行效果良好，但矿山的生产管理是保护溜井、延长溜井使用寿命的重要环节，因此矿山在生产管理上还需采取以下措施：

（1）溜井放矿不能放空，做到贮矿段存有贮矿保护溜井。对于经常放空的溜井，为保护底板稳定，则设置一道挡矿坝。（2）各中段严格控制充填溢流水和生产用水进入溜井。（3）对主矿石溜井放矿把握好量度，可通过矿调度部门控制，尽可能减少对井壁的磨损。

5 结束语

矿石溜井加固材料与方法多种多样，加固溜井时应根据工程条件的迥异因地制宜。总之，安全可靠、技术可行、经济合理的方案优先，对溜井的日常使用维护也是保证溜井安全使用的前提和关键。

参考文献

[1]季翱.采区溜井严重垮冒原因分析及加固方案研究[Z].2007.

[2]安建英，等.溜井系统加固形式的探讨[J].有色矿山，2002，（1）.

[3]钟纪胜，黄小红.锡矿山南矿矿石溜井加固的应用实践[Z].2008.

[4]陈得信.盘区脉外溜井破坏原因分析及井筒维护[Z].2009.

[5]康武雄.锰钢板在矿山溜井支护中的应用效果[Z].2011.

作者简介：龚小龙（1987-），男，采矿助理工程师，主要从事矿山设计方面的工作。

周宏瑞（1984-），男，采矿助理工程师，主要从事矿山设计方面的工作。