許昌鐵礦主溜井加固施工實(shí)踐

李 超 毛春雷

(1.河南龍成集團(tuán)許昌礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

許昌鐵礦主溜井加固施工實(shí)踐

李 超1毛春雷2，3，4

(1.河南龍成集團(tuán)許昌礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

根據(jù)許昌鐵礦礦石主溜井實(shí)際運(yùn)行狀況，分析了主溜井的破壞原因，在此基礎(chǔ)上制定了主溜井的兩種加固方案，并進(jìn)行了安全經(jīng)濟(jì)合理性比較。方案實(shí)施后消除了溜破系統(tǒng)運(yùn)行中的安全隱患，達(dá)到了預(yù)期效果。

主溜井 井壁塌落 加固

許昌鐵礦于2007年建礦，一期設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力200萬t/a。礦石主溜井高120.3 m，凈直徑3.5 m，其中上部礦倉高13 m，凈直徑6 m，統(tǒng)一采用鋼纖維混凝土筑支護(hù)，局部有鋼筋網(wǎng)、錨桿、混凝土聯(lián)合支護(hù)。

主溜井-200，-250，-327 m水平段于2012年6月中旬投入使用，至2013年5月累計(jì)通過礦石50萬t。在生產(chǎn)過程中經(jīng)常有鋼纖維混凝土、鋼筋網(wǎng)脫落，溜井堵塞頻繁發(fā)生，多次采用放炮處理，導(dǎo)致主溜井井壁、上部礦倉壁塌落，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，危及-327 m破碎硐室及-250 m水平卸礦站的安全。為了保證礦井正常生產(chǎn)，于2013年5月對(duì)主溜井井壁塌落部分進(jìn)行修復(fù)。

1 主溜井破壞原因分析

主溜井布置如圖1所示。

圖1 主溜井布置示意

溜井從上部礦倉下口向上垂直破壞高度38 m，礦倉直徑由原來的6 m擴(kuò)大成下口8 m，中部13 m，上部8 m的橢球體，斷面積由圓形變?yōu)闄E圓形，已破壞至-280 m水平，還有繼續(xù)向上塌落的跡象。

分析主溜井上部礦倉破壞的原因主要有：

(1)主溜井西北方向約27 m處為F3斷層，受斷層影響，井壁-300 m位置節(jié)理發(fā)育且有滲水現(xiàn)象，導(dǎo)致溜井片幫和塌方。

(2)-200，-250 m兩中段卸礦口格篩孔規(guī)格600 mm×600 mm，礦石普氏系數(shù)f=12～14，礦石硬度大,后期格篩損壞后未能及時(shí)修補(bǔ)，礦塊多大于600 mm，對(duì)井壁沖擊較大；處理堵塞事故時(shí)用氫氣球?qū)⒄ㄋ幩腿肓锞畠?nèi)，無法準(zhǔn)確確定炸藥和氫氣球位置，爆破時(shí)對(duì)井壁損傷大。

(3)主溜井為多中段垂直溜井，-200 m中段礦石由卸礦硐室直接進(jìn)入主溜井，-250 m中段礦石經(jīng)溜槽進(jìn)入主溜井，溜井支護(hù)形式多為加鋼纖維混凝土澆筑，均對(duì)礦倉造成較大的沖擊。

2 主溜井加固施工方案

(1)方案一：鋼筋混凝土加固。在主溜井內(nèi)安放模板，用混凝土填充，修復(fù)38 m破壞段，使其形成直徑6 m的礦石倉。

(2)方案二：鋼筋混凝土+錳鋼板+礦用工字鋼加固。用20 mm厚的錳鋼板作為主溜井內(nèi)壁，錳鋼板后面是12#礦用工字鋼間隔(800 m)排列，礦用工字鋼與塌落邊界之間的空間用鋼筋混凝土填實(shí)，最終形成直徑6m的礦石倉。兩種加固方案投資比較見表1。

以放礦200萬t計(jì)，綜合考慮，①方案一簡(jiǎn)單易操作，工期短，但須定期進(jìn)行大修，且大修期間影響正常生產(chǎn)；方案二工期長(zhǎng)，成本高，但服務(wù)年限長(zhǎng)，檢修工期短，可利用停工期間加固，不影響生產(chǎn)；②錳鋼板為龍成集團(tuán)子公司南陽漢冶特鋼有限公司的產(chǎn)品，螺紋鋼可充分利用前期生產(chǎn)過程中的邊角料，成本低；③后期礦工字鋼磨損到無法固定錳鋼板時(shí)，服務(wù)年限仍比方案一長(zhǎng)。反復(fù)論證后，最終確定采用方案二進(jìn)行礦倉壁加固。

表1 加固方案主要材料及投資比較

3 井壁修復(fù)施工

3.1 礦倉修復(fù)施工

主溜井-318～-309 m段自下而上施工，形成下口5 m、上口6 m的喇叭狀井壁，此區(qū)域用12#礦用工字鋼、螺紋鋼、混凝土加固，施工后將細(xì)碎礦石填入主溜井-270 m；對(duì)-270～-280 m進(jìn)行縮口，形成下口7 m、上口3.5 m的喇叭狀井壁，此區(qū)域先用錨索、錨桿支護(hù)，再用錳鋼板、礦用工字鋼、螺紋鋼和混凝土加固，之后依次下放礦石，自上而下施工與下部對(duì)接，倉壁采用礦用工字鋼間隔800 mm排列,錳鋼板、螺紋鋼和混凝土加固。加固后的礦倉斷面見圖2。

38 m范圍內(nèi)井壁沿周長(zhǎng)每隔800 mm、沿縱向每隔1.5 m布置直徑22 mm的螺紋鋼連接組成喇叭狀的礦用工字鋼或錳鋼板護(hù)，φ22 mm的螺紋鋼每根1.3～2.5 m，一端穿到孔內(nèi)與工字鋼或錳鋼板焊牢,另一端與井壁接觸做預(yù)埋件用，垂高1.5 m為一個(gè)循環(huán)。礦用工字鋼、錳鋼板之間采用段焊，段焊長(zhǎng)度200 mm。

3.2 質(zhì)量保證措施

( 1)各項(xiàng)材料要有質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、合格證等，特別是混凝土塌落度的控制，結(jié)合運(yùn)距對(duì)其調(diào)配至200 mm。

(2)所有焊縫必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，拼裝零部件盡可能在地面平焊，避免在井內(nèi)立焊，焊接前必須清理焊接面上的雜物。

圖2 主溜井礦倉加固(單位：mm)

(3)保證混凝土澆筑質(zhì)量?；炷翝仓^程中每班必須全區(qū)域震動(dòng)4次以上，澆筑后2 d沿井壁敲擊錳鋼板或礦用工字鋼，聽回音判斷是否有空洞，若空洞面積超過0.2 m2，必須注漿處理。

4 結(jié) 語

修復(fù)后的主溜井無堵塞現(xiàn)象，每月檢查1次，無破損現(xiàn)象，修復(fù)效果顯著。

為延長(zhǎng)礦工字鋼、錳鋼板等使用壽命，使用中仍需嚴(yán)控大塊礦石進(jìn)入溜井，同時(shí)需保持溜井高料位狀態(tài)；爆破處理堵塞對(duì)溜井井壁傷害較大，應(yīng)盡量避免使用；為避免生產(chǎn)用水進(jìn)入主溜井，造成礦石膠結(jié)堵塞，可在鏟車斗及礦車底部切割小孔，使水分在裝運(yùn)過程中流出。

[1] 采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)：第3卷[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1989.

[2] 劉永會(huì)，張海茂，岳發(fā)強(qiáng)，等.新城金礦主溜礦井塌落破壞分析及其修復(fù)[J].黃金，2000，21(9)：25-26.

[3] 安建英，張?jiān)鲑F.溜井系統(tǒng)礦倉加固形式的探討[J].有色礦山，2002(1)：15-16.

祝大家新年好！

2014-10-21)

李 超(1988—), 男，副經(jīng)理，461100 河南省許昌市。