铜绿山铜矿矿石主溜井的加固修复

王能静

(湖北鑫力井巷有限公司, 湖北大冶市 435100)

铜绿山铜矿矿石主溜井的加固修复

王能静

(湖北鑫力井巷有限公司, 湖北大冶市 435100)

矿石主溜井是大中型矿山的生产咽喉，由于经年累月承受着矿石的冲击、碰撞、地质风化以及渗水等因素的综合影响，主溜井垮塌成为矿山的常见现象。针对铜绿山矿矿石主溜井的大面积垮塌、片帮，提出了可行的方法与合理方案对其进行加固修复，成功地消除了安全隐患。

矿石主溜井；垮塌；加固修复

大中型矿山的矿石主溜井是矿山生产的咽喉,它承担着各中段的矿石下溜、转运、储存任务,对矿山的生产影响巨大。由于每天承受着矿石的冲击、碰撞、地质风化以及渗水因素的综合影响,主溜井垮塌现象为矿山所常见。为了减少主溜井垮塌对生产经营的影响和消灭安全隐患,主溜井的加固修复是非常必要的。本文结合铜绿山铜矿三期工程矿石主溜井垮塌加固修复的施工,谈谈矿山矿石主溜井被破坏后的修复措施与对策。

1 矿石主溜井存在的主要问题

铜绿山铜矿三期工程溜破系统于2010年建成投产,主要包括:-785 m中段破碎硐室,-812 m中段皮带道、箕斗装载硐室,-605 m中段矿石转载站, -425,-485,-605 m三个中段的矿(废)石卸矿硐室和卸载站,-605～-785 m矿(废)石溜井各1条,以及各中段与之相通的Φ3 m分支溜井等。其中矿石溜井设计直径为3 m,总长度为360m,由2段组成, 在-605 m中段进行倒段中转,第一段为-425～-605 m,第二段为-605～-785 m。溜井所在区域的围岩节理裂隙发育,岩石富含水份,还有两个节理面从井中穿过,加内落矿时的冲击,溜井联络巷与主溜井结合部出现大面积垮塌、片帮。根据现场察看和提供的资料得知,垮塌范围为联络巷的上方约20 m,至下方约15 m(-705～-740 m),总高度为35 m,最大宽度约6 m,估计垮塌量约1200 m3。

矿石主溜井担负着铜绿山矿井下主要采矿中段-425 m水平的转段储矿任务,对该矿的生产经营有着重要作用,因此必须保证它的安全正常运行。如果已出现问题的溜矿井不进行加固修复,任其进一步发展扩大,会对周边的构(建)筑物造成破坏,并构成极大的安全隐患。尤其是-785 m破碎硐室明显受到影响,而且还会给以后的修复加固带来更大的施工难度、安全隐患、费用投资,以及增加停产时间。经综合权衡分析,矿山决定,在春节检修期间组织人员对矿石主溜井的垮塌区域进行加固修复。

2 加固修复施工方案

矿石溜井垮塌区域所在水平是一个盲中段,施工人员、材料必须经多中段周转才能到达。根据矿石溜井垮塌区域的现状,结合所在生产水平的运输条件,考虑施工场地狭窄,施工人员、材料上下困难,以及施工时的安全风险程度、工期要求、投资费用和施工期间春节气氛对施工人员的心里影响等诸多因素,综合制定如下施工方案。先自上向下分段放碴、安检、素喷至底部,然后再搭设脚手架,自下而上分段进行锚网喷支护和加固。首先于-605 m中段布置好提绞系统,提前将-785～-605 m矿石溜井内装满矿石,然后施工人员在矿石溜井-605 m卸矿坑处乘坐自制吊篮下入井内,由上向下进行安全处置。此时,在矿石溜井下端-785 m破碎硐室内,按井内2 m段高循环开停破碎机落矿,同步配合溜井内的安检工作,溜井内施工人员站在静止矿石面上进行撬浮石和临时喷砼支护。

按照上述施工方法,把整个垮塌区域及以上的井筒安全处理完毕后,在垮塌区域最底部位置的矿石堆面上安装一钢平台,并在钢平台上搭设脚手架,开始由下向上逐段对垮塌井壁采用锚杆、绑扎钢筋、预埋钢衬轨、架立模板和浇(喷)砼支护。拟定-725 m水平以下段采用预埋钢衬轨和钢筋砼支护,-725m水平以上段采用喷锚网联合支护。在整个施工期间所用的施工材料备件,都从-605 m中段经卷扬下放到井内工作面,而施工人员的上下分两个阶段,在未施工到-725 m水平前乘坐吊桶或吊篮,当超过-725 m以下时,则从-785 m中段盲主井马头门处上至井内梯子间攀爬到-725 m工作水平。

3 施工前的准备工作

3.1 施工现场准备工作

(1)先于-605 m中段井口测定原井筒中心,并在卸矿坑平台上定位好钢丝绞车,下放钢丝中心线,在井筒检查期间,绘制井筒断面实测图,为井筒修理提供依据。

(2)在-605 m卸矿硐室内,按照设计图把卷扬机与稳车基础场地清理出来,并拆除横跨在卸矿坑基础上妨碍吊桶下放的组合钢梁和横梁。

(3)在-605 m中段卸矿硐室内安装施工需用的提绞设备与设施；

(4)加工制作自制吊篮并分片运输到-605 m卸矿硐室内,现场焊接组装和悬挂；

(5)向-785～-605 m矿石溜井内灌注矿石。

3.2 辅助设施

(1)信号:电源采用36 V安全电压,设置2套独立信号系统,同时设置声光双显,信号一采用红光、电铃,用于控制吊篮或吊桶的升降；信号二采用绿光、电铃,用于控制溜灰管的升降和砼的溜放。在-605 m中段和吊篮上均可进行信号操作。

(2)照明:井筒内的安全检查和吊篮上的行灯均采用36 V安全照明,或采用强光照明灯。照明灯线采用YC2×1.5电缆。

(3)通讯:-605 m中段卸矿硐室内设置一部市网电话,井内吊篮上配磁石电话与井口上下联系。

(4)供风供水:在-605 m中段卸矿硐室安装风水闸阀,然后续接高压胶管送入井内。

(5)电源:施工期间的电源从-605 m中段卸矿硐室内的重板给矿机配电箱内取用。

(6)通风:在井内垮塌区域施工时的通风,-725 m水平以上段的通风借助压风,-725 m水平以下段,因与盲主井联络道贯通,可形成自然通风。

4 加固修复施工

(1)-605 m中段卸矿硐室清理及安装Φ0.8 m卷扬和5台稳车；

(2)-725 m中段联络道内清理粉矿；

(3)悬挂自制吊篮和下料管、风水管。

4.1 施工顺序

加固修复施工顺序见图1。

图1 加固修复施工顺序

4.2 主要工序施工方法

4.2.1 提绞设备布置安装

井内提升采用Φ0.8 m卷扬,配一个2 t钩头和一个0.5 m3吊桶。为使井内吊桶安全上下,自制了一个简易吊篮,用2台JZ5/400稳车通过6× 19-18.5钢丝绳悬吊,并利用这两根悬吊钢丝绳兼做吊桶的稳绳。提绞设施需用的天轮平台,可充分利用硐室内已安装的起重梁。井内布置的管路有Φ159mm溜灰管,由1台JZ-10/600稳车通过18×7 -28钢丝绳悬吊；Φ50 mm风管与Φ25 mm水管,用一台JZ-5/400稳车通过6×19-15.5钢丝绳悬吊。卷扬机和稳车的固定按照常规方法,在其底座周围打8～10根Φ25 mm×1500 mm锚杆,然后用氧割将外露的300～400 mm端部煨弯并扣于底座上,再焊接牢固。

4.2.2 井内安全检查处理

施工人员在-605 m卸矿平台乘坐安装有36 V行灯照明及信号装置的吊篮,携带长短撬棍等工具,由上向下逐段进行井内安检处理,施工人员井内作业时,每次排放矿石2 m段高,待矿石堆稳定后,站在矿石面上用撬棍处理井壁上的浮石,必要时采取临时喷砼支护和打Φ20 mm×1600 mm锚杆,喷砼厚度为d＝50 mm。

4.2.3 垮塌区加固修复

拟定-725 m水平以上段采用锚喷网联合支护。-725 m水平以下段,对未损坏的原井壁继续采用锚喷网支护,而垮塌呈斜坡状的部分采用预埋钢衬轨,并绑扎双层钢筋后浇砼支护。

(1)-725 m水平以上段加固修复。当井内矿石面下落至垮塌区域顶端时,施工人员员由-605 m中段卸矿硐室乘坐吊桶或吊篮到达井内工作面,站在静止的矿石面上开始对需加固修复的井壁先进行安检处理,再环四周打Φ25 mm×2000 mm水泥锚杆,网度1000 mm×1000 mm,呈梅花型布置,锚固采用快凝水泥卷,锚固长度1000 mm,锚杆尾部绑扎Φ12mm钢筋,并喷砼100mm支护。施工时需要的锚杆、钢筋等材料,在-605 m中段捆绑好。利用卷扬提吊下放到井内工作面,喷浆所用的砂石料与喷浆机,都布置在-605 m中段卸矿硐室内,喷浆料通过井内悬吊的Φ159mm溜灰管下放,在近工作面时安装缓冲器或管径变头,将管径变成Φ50 mm,便于联接喷浆管。喷浆前为保证质量,应用水冲洗井壁上粘结的矿粉,另外添加砼速凝剂,以提高砼早期强度。

由于上述各工序施工是随井内矿石以2 m段高下移逐段循环进行,势必存在较多施工接缝,施工中按规范要求保证钢筋搭接头符合标准、砼面接茬牢固。

(2)-725 m水平以下段加固修复。进入-725 m水平以下重点加固修复段时,应按照方案设计结合现场井壁垮塌范围大小、形状,适当调整斜坡段加固的起点位置和坡度,以确保重点加固段施工质量。该段要先自上而下进行喷锚网支护,以根据垮塌实况调整加固参数,然后自下而上分段搭设脚手架,打锚杆,绑扎双层钢筋、固定定位梁、焊接钢衬轨、堵缝(或支模)和现浇砼直至-725m水平。在-725m水平以上联络道口再砌筑挡墙,并留有供人员出入的观察孔洞。

为了方便重点加固部位底层双层钢筋和定位梁的固定,在第一次自上而下支护时,有意将这部分只设锚网而不喷砼。钢轨的定位由在锚杆上焊接的间距为900 mm的定位16槽钢支撑,槽钢面要保证过渡平直,同时还要保证各层槽钢面符合设计坡度。各槽钢的长度按照现场实测宽度下料。槽钢固定后,在其上焊接钢轨,每段钢轨长度按设计图和调整数据确定,钢轨中心距离为150 mm,每段钢轨上端弯成直角。斜坡上安装好后的钢轨面要保证平滑且符合设计坡度,不允许有高低起伏变化。

双层钢筋绑扎网度为250 mm×250 mm,主筋采用Φ16 mm螺纹钢,钢筋保护层厚度为50mm,最后浇捣砼。混凝土强度为C25,配合比为1∶2∶1,采用42.5级普通硅酸盐水泥,中粗砂,含水量不大于5%,碎石10～30 mm,含泥量不大于2%。为提高砼早期强度,按水泥重量的5%适量添加早强剂,砼料在地面搅拌成半熟料,装入矿车经副井运到-605 m中段卸矿硐室内,再利用立式搅拌机加水进行二次搅拌,通过井内悬吊溜灰管溜至工作面。为克服因溜灰管内长距离下落产生的离析现象,和增加砼的和易性与流动性,可适量提高砼的水灰比至0.55～0.65,灌入模板内的砼每次达到250～300 mm左右时,应用插入式振动泵捣实,以保证砼的密实度。当加固到最后一段时,钢轨长度应依据现场实际下料加工制作,同时在底端密集打水泥锚杆,安装托板,做好砼浇灌时的底模。

井内所有施工材料均从-605 m中段经卷扬下放到工作面,施工人员乘坐吊桶或吊篮,或从-785 m中段破碎硐室内的盲主井马头门处攀爬井筒内梯子到达作业点。

5 结束语

鑫力公司克服主溜井加固修复施工难度大、工期短等困难,圆满成功修复了矿石主溜井,工程通过矿山竣工验收,投入生产后溜矿能力和溜矿效果满足了生产需要,加固修复工程取得了圆满成功。

矿山主溜井出矿量大,损坏几乎不可避免,日常生产中应定期对其采用激光探测系统或溜井全景扫描成像装置对溜井进行监测[1-8],以便发现问题及时安排锰钢板内衬井筒等工作时间短、抗磨损能力强的加固修复方法[9],既延长修复工程使用寿命,又避免长时间停产影响生产。

[1]刘付高.深部溜井垮塌三维探测及其修复方案研究[J].采矿技术,2013,13(4):26-29,55.

[2]王其飞,刘艳章,赵 卫,等.溜井全景扫描成像装置在金山店铁矿中的应用[J].矿业研究与开发,2014,34(5):77-79,86.

[3]刘艳章,石志军,叶义成,等.溜井全景扫描仪升降系统研制[J].矿业研究与开发,2014,34(5):83-86.

[4]李胜辉,孙光华,邓 熙,等.溜井安全使用与管理措施浅析[J].化工矿物与加工,2015(1):44-46.

[5]刘艳章,赵 卫,石志军,等.溜井全景扫描仪的扁平电缆研制[J].矿业研究与开发,2015,35(1):92-95.

[6]刘艳章,赵 卫,涂福泉,等.溜井全景扫描图像处理技术[J].矿业研究与开发,2014,34(6):72-76.

[7]刘艳章,赵 卫,涂福泉,等.溜井全景扫描装置井深定位系统的实现[J].矿业研究与开发,2014,34(4):105-109.

[8]叶 剑,盛建龙.地下矿山溜井浮石的探测及处理方法研究[J].化工矿物与加工,2014(10):27-30.

[9]于世孚,崔秀祥,牛思君.新城金矿矿石主溜井井壁坍塌修复施工技术[J].建井技术,2003(5):12-16.

2014-09-08)