阜山金矿南风井过采空区支护方案研究与应用

马宏伟，杨铁江,王长军

(1.山东中矿集团有限公司，　山东 招远市　265400；2.长沙矿山研究院有限责任公司，　湖南 长沙　410012)



阜山金矿南风井过采空区支护方案研究与应用

马宏伟1，杨铁江1,王长军2

(1.山东中矿集团有限公司，山东 招远市265400；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙410012)

阜山金矿南风井原有井筒净直径3.5 m，井深325 m。为了完善通风系统，缓解矿山提升压力，进行技术改造，井筒净径刷大至5.5 m，井深763 m。在井筒刷大过程中，井筒与已废弃民采空区巷道打透，严重影响了井筒正常施工及基建进度。经研究分析，竖井过采空区段采取砌砖墙封堵、混凝土充填空区、壁后注浆、人工假底、钢筋混凝土支护等相结合的支护方法，并制定南风井施工安全质量保证措施，成功保障了矿山南风井过民采空区的施工。

竖井掘进；民采空区；支护方案

0　引　言

阜山金矿现属于山东中矿集团有限公司所管辖矿山之一，位于玲珑金矿田的东北部，矿区地层主要为胶东群组斜长角闪岩，变粒岩及斜长片岩，多呈线流体于混合花岗岩中，第四系下发育。矿山围岩以玲珑型似片麻状黑云母花岗岩为主，另有零星分布的胶东群变质岩残留体以及郭家岭型似斑状花岗闪长岩，矿岩f=4～6，矿岩松散系数1.70，矿石体重为2.78 g/m3，围岩体重2.65 t/m3。矿床成因类型为中低温热液充填交代型，工业类型为含金破碎蚀变岩型，极少量含金石英脉型，矿化受NE向、NNE向及NEE向断裂系统控制，矿石为黄铁娟英岩。

中矿集团公司正在进行一系列的技改项目，阜山金矿南风井为公司技术改建工程之一，南风井建成后与矿山原有主竖井联合形成新的一级提升系统，承担矿山一定毛矿量的提升及矿山主要通风系统中的回风任务。目前南风井井筒正在按照计划进行下掘施工，然而在前期井筒施工过程中，井筒遇到了不同规格、形状的已废弃民采空区，严重影响了该井的施工与进度。

1　南风井情况及施工中遇到的问题

阜山金矿南风井技术改造工程于2014年2月21日正式动工建设。南风井原有井筒净直径3.5 m，井深325 m，欲经过技术改造，井筒净径刷大至5.5 m，井深763 m。在井筒刷大至+141.0～+117.0 m水平时，井筒与不同规格、形状的已废弃民采空区巷道打透，废弃巷道严重影响了基建工程的施工质量及进度。经现场勘察，空区内无积水威胁，井筒原岩稳固性较好，硬度系数为8～12。采空区宽度约为3～5 m，高度2～10 m不等，且成相交、相切、环绕状分布于井筒周围(如图1所示)。其中，成环绕状分布的民采空区距离井壁原岩厚度最小值不到2 m。

图1　南风井周边空区现状

2　支护方案研究

2.1正常施工时支护方案

根据矿山围岩性质、井段高度及涌水量等情况，在南风井正常施工过程中，为了阻止井壁围岩变形、破坏、坍塌，同时防止围岩风化，一般需要及时对井壁进行支护，以保证生产的正常进行[1]。矿山南风井施工时对围岩进行的支护措施主要采取以下3种方式。

(1) 锚杆金属网支护。该支护方式作为南风井施工时的临时支护，采用锚杆加固围岩，并挂金属网以阻挡碎块岩帮冒落。金属网采用锚杆固定在井壁上，材质用16号镀锌铁丝，锚杆长度1.8 m，间距为0.9～1.1 m，直径为15 mm。随南风井掘进面的推进，边打眼边进行锚杆金属网的架设[2]。

(2) 喷射混凝土支护。竖井施工时，根据井壁的围岩条件，喷射混凝土既可做临时支护方式又可做永久支护方式。临时支护时，喷层厚度一般为50～l00 mm；永久支护时，喷层厚度一般为100～l50 mm，若遇上风化严重、破碎面大地质条件较差的地段，锚杆、金属网或钢筋等与喷射混凝土联合支护。喷射混凝土具有防止风化、充填裂隙、封闭围岩、增加围岩完整性的作用，但其在竖井井筒支护应用中主要适应于坚硬、稳定、完整、且开挖后不产生大位移的围岩，金属矿山井筒施工中应用较多[3]。阜山金矿南风井施工时，喷射混凝土作为临时支护方式应用。

(3) 现浇混凝土支护。混凝土(或称现浇混凝土)支护具有整体性强、强度高、封水性能好、便于实现机械化施工等优点，竖井施工中作为永久支护方式广泛使用，特别在不适合采用喷射混凝土的地层中[4]。阜山金矿南风井的永久支护方式即采用现浇混凝土支护，混凝土的主要质量技术要求见表1。

表1　混凝土质量技术参数

2.2南风井过采空区支护方案

针对南风井施工时遇到采空区的情况，为保证南风井的施工安全及正常掘进，对于不同高度与大小的采空区，分别研究了不同的支护方案。经不断地试验及现场实践，南风井过采空区段采取加强支护、强行穿越的施工原则和方法。

为防止井壁外松散体的侧压力不均，而造成井壁移位，在支护前须将空区底板处的矸石清理。为提高支护强度，维护井筒围岩稳定，在支护体下方增加一个钢筋混凝土壁座，来支撑整个采空区支护体。壁座高度不小于1.25 m,宽度不小于0.75 m。并保证充填采空区的混凝土总厚度(包括空区充填厚度、砌碹厚度)达2.5 m以上，同时将井筒设计砌碹厚度由300 mm增大为500 mm，混凝土强度为C20，确保井壁支护符合《煤矿立井井筒及硐室设计规范》、《有色金属矿山井巷工程施工规范》要求[5]。根据民采空区高度的不同，采取如下不同的支护方案[6￣7]：

(1) 空区高度小于4 m时，主要采取砌砖墙封堵、混凝土充填空区、壁后注浆的方法进行支护。在封堵之前使用不小于3 m的钎杆垂直于井壁方向施工探空眼，对于原岩厚度小于2 m的民采空区，先与空区打透，并清理底板矸石，再与空区一起砖砌封堵，挡墙前后使用木桩支撑加固，挡墙位置距离井壁不小于2.0 m，挡墙厚度不小于0.5 m，最后结合4 m液压模板配废旧道轨进行混凝土充填。

(2) 空区高度介于4～10 m时，主要在砌墙封堵的基础上，施工人工假底、配钢筋进行混凝土支护。先在空区原岩两帮横向每隔0.5 m、纵向每隔4 m施工锚杆，在锚杆上方铺设槽钢，并用铁板焊接牢固，后结合模板每4 m为一段高进行钢筋混凝土浇筑。技术参数如下:选用Φ36的圆钢锚杆、22#槽钢、Φ16的钢筋、配筋间距为300 mm(见图2)。

图2　南风井过采空区支护方案

3　安全质量保证措施

3.1安全保证措施

(1) 针对竖井掘砌过程中受民采空区的破坏，防止空区给人员、设备带来不利安全影响，施工单位施工过程中加大探空探水力度，始终坚持“有疑必探、先探后掘”的原则，及时使用深度不小于3 m的钻杆向下、向两侧施工探空探水眼，探眼每班至少施工1次。

(2) 矿山坚持“安全第一，预防为主”的方针，对竖井所有施工人员进行技术、质量、安全教育，施工中必须严格遵守操作规程、做好技术交底工作、确保工程质量、并坚持文明施工。

(3) 必须做好井筒风化段的临时支护，根据岩层的软硬程度及时采取固定锚杆、挂网、架钢支撑架、锚喷等支护手段，开挖爆破时严格控制装药量，确保爆破不对井壁造成大的破坏。

(4) 矿山坚持施工安全管理与施工质量同时抓，把质量与安全同等重视起来，管理人员、工程技术人员、施工人员齐抓共管，明确各自的“岗位职责”，避免忙中出乱，合理安排竖井施工工序、及时解决生产安全与生产进度的矛盾，严格遵守竖井施工相关安全规程、规范等。

(5) 针对南风井施工，矿山制定了钻眼爆破、装岩排矸、机电管理、通风、防火、防尘、支护等安全技术措施，确保南风井按计划、要求顺利施工。

3.2质量保证措施

(1) 加强对施工人员的质量教育，提高质量意识，牢固树立“百年大计，质量为本”、“质量责任重于泰山”的思想观念，从制度上强化工程质量方面的管理，施工过程中坚持“谁施工谁负责”的原则。

(2) 执行质量检查制度，严控原材料进场程序，同时做好材料进场报检、抽样检验试验工作，做好场地内堆放材料的防护，定期检验易变质的材料，不准使用质量不合格的材料。

(3) 严格实行“三检制”施工制度，工序要交接必须由下一班组进行检查，交接班组检查合格后，再由质检员复检，并填写质量检测评定表，下一道工序的施工必须建立在上道工序质检合格的基础上。

(4) 混凝土浇筑或支护井筒时必须及时取样送检，出现问题便于及时调整，确保施工混凝土配合比的合理性，保障南风井井壁支护安全。

(5) 在南风井开挖、支护施工过程中，加强量测，实施三级复核制度，由专人负责测量工作，每环均复测开挖断面，保证断面尺寸符合设计要求、结构位置准确。

(6) 在南风井施工中，加强各单位、各部门、各工序之间的协调工作，及时作好质量检查记录，收集并整理各种质量保证资料。

4　应用效果

经过现场施工实践，阜山金矿南风井过采空区支护采用铺设人工假底、砖砌封堵、加大砌碹厚度、增加壁座等支护方案，同时结合制定的相关施工安全质量保证措施，有效地防护了民采空区对南风井井筒的破坏。实践证明，此支护方法施工周期短、费用低、支护强度符合规范要求，确保了矿山基建过程中南风井的施工质量及进度。

[1]赵其祯，郭慧高，杨长祥.大型坑采矿山主回风井修复技术研究与实践[J].采矿技术,2008,8(4):83￣86.

[2]韩天宇，王永柱.千米竖井掘进施工难点及解决方法[J].现代矿业,2015(8):230￣232.

[3]王风明.煤矿竖井井筒装备制定施工方案的探讨[J].中国科技博览,2014(38):303.

[4]周正濂.竖井的联合支护[J].世界采矿快报,1991(28):8.

[5]《有色金属矿山井巷工程施工规范》编委会.有色金属矿山井巷工程施工规范[M].北京：中国计划出版社，2011.

[6]臧润成.竖井马头门掘进与支护工艺[J].现代矿业,2015(12):152￣153.

[7]陆家齐，张恩山.浅谈矿山溜矿竖井的施工技术[J].中国水运月刊,2013,13(S1):268￣269.

2016￣04￣28)

马宏伟(1988-)，男，山东招远人，助理工程师，主要从事矿山基建、采矿等技术工作，Email:mahongwei99954@126.com。