下行式置换新技术在柴胡栏子金矿竖井修复支护中的应用

摘要：竖井作为矿山的一项重大工程，对维持矿山安全高效生产起着至关重要的作用。为恢复柴胡栏子金矿1#竖井的提升能力，解决围岩破碎对竖井稳定性的影响，以顶帮极度破碎的竖井整体全覆盖锚固为出发点，针对埋藏较深、受地压影响较为严重、上盘较为破碎的F1断层，采用整体式混凝土、锚杆和金属网、木模板等联合支护的下行式置换新技术对1#竖井进行修复以恢复提升作业。结果表明：下行式置换新技术在柴胡栏子金矿1#竖井应用效果良好，不仅大幅缩短了修复工期，而且也显著提高了作业安全性，为实现矿山生产经营目标发挥了重要作用。

关键词：围岩破碎;竖井;下行式置换;修复;联合支护;稳定性

中图分类号：TD352

文章编号：1001-1277（2020）02-0047-03

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20200209

引 言

随着经济快速发展，矿产资源开采正逐步向深部及复杂地带转移。赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司（下称“柴胡栏子金矿”）于1986年建成并投产，目前有1#、2#、3# 3条竖井，随着采矿工作逐步向深部扩展，受使用年限、高地压、断层破碎带等的影响，原采用的单一木材支护方式已经无法满足矿山安全生产要求。柴胡栏子金矿1#竖井20多年前建成，竖井岩体节理发育，较为破碎，且上盘为厚大的破碎带，稳固性极差，使用时间长加上受地压、应力作用等影响，

极易发生危险。目前，1#竖井已经开始出现井壁垮落、罐道梁变形的险情，导致1#竖井无法进行提升作业。因此，1#竖井恢复提升能力是该矿山发展过程中的瓶颈问题，亟需确定一种新的支护方式对其进行重新修复支护。

目前，国内外较成熟的3种井壁永久支护方式为：块石或混凝土预制衬砌井壁;整体混凝土浇筑井壁;喷射混凝土或配合锚杆、钢筋网联合支护临时或永久井壁。本文以柴胡栏子金矿1#竖井实际工程情况为背景，结合类似矿山竖井支护经验，最终确定采用下行式置换新技术对1#竖井进行修复支护[1-10]，极大地缩短了修复支护时间，改善了竖井各项技术指标，提高了安全生产效率。

1 工程背景

柴胡栏子金矿位于内蒙古自治区赤峰市松山区初头朗镇境内。柴胡栏子金矿位于康保—赤峰—开源深大断裂向北突出的弧形内侧，矿区属于低山丘陵地带，地层比较简单，岩浆活动频繁，断层构造十分发育。2019年3月18日，柴胡栏子金矿1#竖井井筒出现井壁垮落、罐道梁变形的险情，导致1#竖井无法进行提升作业，若1#竖井矿石向2#竖井进行倒运，由于运输距离等原因，仅能倒运矿石100 t/d。2#竖井每日提升满负荷为300 t/d，而目前2#竖井已是满负荷运作，1#竖井向2#竖井倒运将影响2#竖井提升。由于1#竖井无法提升，将影响1#竖井的日提升矿量。为尽快恢复1#竖井的提升能力，提出了下行式置换新技术。

2 1#竖井修复支护

2.1 1#竖井概况

柴胡栏子金矿区主要的断层构造为F1断层，F1断层走向320°，南西倾，倾角70°～75°，宽3～10 m。1#竖井距离F1断层较近，1#竖井一中段通向二中段的中间被F1断层穿插，该断层发育大量构造片理和多种颜色的断层泥，1#竖井在该段约20 m处出现垮塌现象。未恢复前1#竖井破坏情况见图1。

由于竖井上盘厚大的断层稳固性极差，破碎带厚度平均7.5 m，导致极易发生片帮、冒落现象，破坏竖井空间。

2.2 下行式置换新技术

下行式置换新技术是以顶帮极度破碎的竖井整体全覆盖锚固为出发点，针对埋藏深度较深、受地压影响较为严重、上盘较为破碎的断层，采用整体式混凝土、锚杆和金属网、木模板等由上而下进行联合支护的新方法。

2.3 施工过程

下行式置换新技术以钢梁支护为基础，每间隔4.0 m架设一道安全平台，当恢复至破碎区域时，首先对破碎区域进行彻底排险，并对破碎区域进行锚网支护，每隔1.0 m对竖井的一侧帮壁进行木撑支护，在竖井上下盘施工锚杆，采用36 mm圆钢作为托固点（竖井顶底板各施工2根圆钢），托固点里侧采用钢梁作为骨架，钢梁里侧采用木板备帮，每间隔1.0 m施工一道支撑圆木，钢梁里侧采用2.5 m木板进行备帮，木板与木板搭接0.25 m以上。最后，向缝隙内喷射混凝土，使其与井壁形成一个有机整体发挥永久支护的作用。混凝土完全凝固后，对竖井渣石进行彻底清理及竖井所有配置（如罐道木等）进行恢复，使之可以正常运行。

该方案实施时井下的各个作业面需寻找合适的渣石充填地点及矿石倒运地点，确保在修复期间保障1#竖井井下作业面尽可能正常运行，不至于停工。同时，在施工过程中还应注意以下几点：

1）锚杆加固围岩，并挂金属网以阻挡岩帮碎块下落。金属网由16号镀锌铁丝编织而成，用锚杆固定在井壁上。长度1.6 m，间距0.7～1.5 m。

2）在浇灌混凝土井壁时，必须使用木模板。木模板的作用是使混凝土按井筒断面成型，并承受新浇混凝土的冲击力和侧压力等。

3）混凝土的水灰比应控制在0.65以下，采用粒径为2 mm的天然砂和粒径为30～40 mm的碎石，使其拥有良好的颗粒级配。

2.4 优缺点

下行式置換新技术的优点主要有以下几点：

1）改进了以往传统对竖井的修复方案，使竖井顶帮形成统一的整体，稳固性明显提高。

2）喷射混凝土井壁强度高，封水性能好，造价低。

3）喷射混凝土井壁的施工，从配料、上料、搅拌到混凝土的输送、捣固，全部机械化施工，不仅降低了劳动强度而且提高了竖井修复速度。

4）井壁结构和施工工艺较其他方法施工简单、速度快。

5）具有封闭围岩，充填裂隙，增加围岩完整性，防止风化的作用。

下行式置换新技术虽然对1#竖井提升能力的恢复效果显著，但所需的支护材料繁多，产生的费用较大，同时支护材料不可回收再利用，浪费严重。

2.5  应用效果

1）采用下行式置换新技术仅用19 d就完成了对1#竖井的修复支护工作，对柴胡栏子金矿生产经营目标的实现发挥了重要作用。

2）该方案较原计划提前70 d恢复，每天影响出矿量按照200 t计算则为14 000 t，按照金价格270元/g，品位2.5 g/t计算，扣除全矿综合成本393元/t，可创造经济效益约为395万元。

3）维修期间选用合适的路线对矿石进行转运，每天转运约100 t，按照70 d，金价格270元/g，品位2.5 g/t计算，扣除全矿综合成本393元/t，则可获得经济效益约为197.5万元。

因此，采用下行式置换新技术对1#竖井进行修复共可获得经济效益约为592.5万元。

3 结 语

柴胡栏子金矿在成功应用下行式置换新技术对1#竖井的修复支护后，改善了1#竖井各项技术指标，确保了竖井运行安全，大幅提高了作业安全系数，同时有效提高了竖井支护施工进度，保证施工安全，减少工程浪费，获得经济效益约为592.5万元。本次修复支护新技术为以后遇到同类型问题，提供了一种简洁快速恢复竖井提升能力的方法。

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Application of new downward displacement technology

in the vertical shaft support in Chaihulanzi Gold Mine

Wang Dongyi

（Shandong Gold Financial Holding Capital Management Co.，Ltd.）

Abstract：As a major project of the mine，the vertical shaft plays a vital role in maintaining the safe and efficient production of the mine.In order to restore the lifting capacity of the 1# vertical shaft in Chaihulanzi Gold Mine and solve the problem of the impact of surrounding rock fragmentation on the stability of the vertical shaft，the new downward displacement technology with overall concrete，bolt，metal mesh and wooden formwork joint support is employed to repair 1# vertical shaft to restore its lifting operation in F1 fault which is buried deeper，more affected by ground pressure and has fragmented upper wall.The technology is set to fulfill the purpose to support the entire vertical shaft with extremely fragmented roof with bolts.The results show that the new downward displacement technology has a good application effect in the 1# vertical shaft of Chaihulanzi Gold Mine，which not only shortens the repair period significantly，but also significantly improves the safety factor of the operation，greatly serving the purpose of mine production and running.

Keywords：surrounding rock fragmentation;vertical shaft;downward displacement;repair;joint support;stability

收稿日期：2019-09-16; 修回日期：2019-12-10

基金項目：国家自然科学基金面上项目（51974359）

作者简介：王栋毅（1989—），男，山东莱州人，工程师，博士，从事矿业经济学及采矿技术研究工作;上海市浦东新区东方路12号保利广场c座山东黄金，山金金控资本管理有限公司，200120;E-mail：610290370@qq.com