CN102226397A - 一种地下矿山采区溜井加固方法 - Google Patents

一种地下矿山采区溜井加固方法 Download PDF

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宋卫东
杜翠凤
杜建华
王洪永
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Abstract

本发明一种地下矿山采区溜井加固的方法,属于金属矿山开采与岩土工程加固领域,其实质是充分考虑卸矿过程中矿石在溜井中的运动轨迹,根据采区溜井的高度和溜井的直径大小,采用模型实验和理论分析的方法,确定矿石对井壁产生的冲击作用性质和冲击破坏区域,据此在垂直方向将溜井划分为第一冲击破坏区域、第二冲击破坏区域、断层破碎带区域和磨损破坏等四个受力区域,采取不同形式进行加固。该方法特别适用松软、破碎围岩条件下的采区溜井加固,可以显著延长溜井的服务年限,具有施工安全、简单、成本低的优点。

Description

一种地下矿山采区溜井加固方法
技术领域
[0001] 本发明属于金属矿山开采与岩土工程加固领域,涉及一种适用于松软、破碎围岩条件下的采区溜井加固,延长溜井的服务年限的地下矿山采区溜井的加固方法。
背景技术
[0002] 采区溜井属于矿山开拓系统工程,其主要作用是溜放和暂时储存矿石。对于一般矿山而言,每条溜井的平均使用年限达到8〜10年,平均负担矿量40〜60万吨。井巷工程的变形破坏一直是影响采矿生产和安全的重大技术难题,其难点表现在:(1)矿体内断层破碎带极其发育,矿岩体松软破碎,整体强度较低;(¾随着开采深度的增加,当开采深度超过450m,以水平应力为主的原岩应力场和以开挖引起的采动应力场相互叠加,产生的局部应力集中现象十分突出;C3)采区溜井所处的应力环境比较差,每个分段与多条出矿联络道相通,不仅产生较为严重的应力集中现象,而且破坏了溜井的空间的整体性,导致其稳定性下降;(4)残留了部分矿柱,或回采顺序的不合理,造成局部支承压力过高;(¾采区溜井存在时间普遍较长,加之地下水、掘进和中深孔凿岩的施工水通过溜井排出,围岩岩体强度随着时间的增加降低量比较明显,对井壁围岩产生不利影响。上述原因均造成矿山溜井变形破坏明显加剧,坍塌现象比较明显,特别是咽喉要道大量片垮冒堵,严重影响矿山的生产与安全管理。
[0003] 目前,对松软破碎围岩的采区溜井,矿山均采用单一的方法加固,主要有如下几种:
方法一:钢筋混凝土浇筑加固
该方法沿采区溜井井壁四周绑扎钢筋,再支模板浇筑混凝土 (厚度不小于300mm)。具有支护强度高、耐久性强的优点,是矿山主要采取的方法。但该方法具有施工困难、成本高、工期长、施工安全性差等缺点。
[0004] 方法二 :喷锚网加固
该方法是随着溜井的掘进,采用锚杆、钢筋网和喷射混凝土的方式加固井壁。具有快速、安全、成本低等优点。但同时,该方法具有支护强度低、抗冲击能力低、使用寿命短等缺点ο
发明内容
[0005] 为了解决上述问题,本发明的目的是提供一种具有快速、安全、成本低,且施工简单、、工期短、施工安全的一种地下矿山采区溜井加固方法。
[0006] 本发明的技术方案是:一种地下矿山采区溜井加固的方法,具体包括以下步骤: 根据卸矿过程中矿石在溜井中的运动轨迹,结合采区溜井的高度和溜井的直径大小和矿石对井壁产生的冲击作用性质和冲击破坏区域,据此在垂直方向将溜井划分为第一冲击破坏区域、第二冲击破坏区域、断层破碎带区域和磨损破坏区域,采取不同形式进行加固;
第一冲击破坏区域:第一冲击区域主要是受法向冲击载荷作用,先第一衬板通过第一锚爪固定在混凝土井壁上,所述第一锚爪之间设有第一钢筋加固,再将橡胶板通过螺栓固定在所述第一衬板上, 对第一冲击区域进行加固;其中,所述橡胶衬由大小为600mmX400mm,厚度为40mm的橡胶板单体组成;
第二冲击破坏区域:
第二冲击区域的主要受切向冲击载荷作用;先将第二衬板与工字钢焊接固定在第二锚爪上,所述第二锚爪之间设置第二钢筋加固,再将锰钢板通过螺栓固定在所述第二衬板上, 然后向第二衬板与井壁之间的空隙浇注混凝土,对第二冲击区域进行加固;其中,混凝土的标号为C25,第二钢筋为普通螺纹钢筋,工字钢为14#工字钢,锰钢板为厚度12mm的16Mn 钢板;
断层破碎带区域:
断层破碎带区域采用下降式分段加固,每段高度不大于3000mm,浇灌厚度为300mm的混凝土,在所述混凝土上布置平面投影呈环形放射状密度为500mmX 500mm,下倾15°的锚杆孔,所述锚杆孔内设置长度为2000mm的锚杆,其中注浆部分1800mm,外露200mm ;并采用单层配筋方式设置主筋和辅筋,所述主筋与辅筋间距为250mmX 250mm,所述主筋与辅筋之间以及主筋、辅筋、锚杆之间均采用绑扎的形式连接,对断层破碎带区域进行加固;其中,锚杆为直径为20的普通螺纹钢筋;主筋与辅筋均选用直径为18的普通螺纹钢筋。
[0007] 磨损破坏区域:
根据磨损破坏区域的围岩稳定性状况,稳定性较差时采用喷射混凝土加固,稳定性较好时就不支护。
[0008] 本发明的有益效果是:①耐磨性能比较好。橡胶板的耐磨性能在于它具有良好的弹性,当有载荷作用时,橡胶容易变形收缩;当载荷卸掉时,它又能很好的恢复原状。因此, 橡胶板的耐磨性能是普通钢轨的4〜8倍,锰钢板的2〜4倍,在耐磨性能方面具有很大优势,并且其弹性好,可以很好的缓冲矿石对井壁的冲击力作用。
[0009] ②橡胶板自身质量轻,便于安装和维修。橡胶的比重为钢材的1/7,同样加固厚度, 其重量约为钢加固构件的1/5,大大降低了安装劳动强度,提高了安全系数。
[0010] ③橡胶板具有很好的吸震隔振效果,可以降低矿石冲击井壁的噪音,改善井下工作环境,同时可以缓冲大块矿石对井壁的冲击破坏。
[0011] ④安装更换方便,劳动强度低,且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。
[0012] ⑤经济上比较合理。
[0013] 采用高锰钢板的加固方式可以很好的起到加固井壁的作用,因为高锰钢板抗冲击、抗磨损性能良好、加固可靠、服务时间长。
[0014]
附图说明
[0015] 图1本发明采区溜井加固总体方案图。
[0016] 图2本发明橡胶板加固示意图。
[0017] 图3本发明橡胶板加固局部放大示意图。[0018] 图4本发明锰钢板加固方法示意图。
[0019] 图5本发明锚筋混凝土加固示意图。
[0020] 图中:
1-橡胶板加固,2-高锰钢板加固,3-锚筋混凝土加固,4-喷射混凝土加固,11-混凝土,12-橡胶板,13-第一锚爪,14-钢筋,15-第一衬板,21-第二锚爪,22-工字钢,23-锰钢板,24-混凝土,25-钢筋,26-第二衬板,31-混凝土,32-主筋、33-锚杆34-辅筋。
[0021]
具体实施方式
[0022] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0023] 实施1 :以70米深的地下矿山采区溜井加固
首先,卸矿下的IOm范围内为第一冲击破坏区域,该区域冲击破坏主要受法向载荷冲击作用,采用橡胶板的加固方式;将第一衬板15通过第一锚爪13固定在混凝土井壁11上, 第一锚爪13之间设有第一钢筋14加固,再将尺寸为600mmX 400mm,厚度为40mm的橡胶衬板单体通过螺栓固定在第一衬板15上,对第一冲击区域进行加固(如图2所示);
其次,卸矿口下的25m〜40m范围内为第二冲击破坏,该区域冲击破坏主要受切向冲击载荷作用,采用高锰钢板的加固方式具体参数如下:
先将第二衬板23与14#工字钢22焊接固定在第二锚爪21上,第二锚爪21之间设置第二钢筋25加固,再将厚度12mm的16Mn钢板沈通过螺栓固定在第二衬板23上,然后向第二衬板23与井壁之间的空隙浇注标号为C25的混凝土对,对第二冲击区域进行加固;
其余为磨损破坏区域,根据磨损破坏区域的围岩稳定性状况,稳定性较差时采用喷射混凝土加固,稳定性较好时就不支护。
[0024] 一般的矿山矿体内断层破碎带较多,有些溜井的布置必须穿过破碎带,因此在井壁与断层交汇的地方很容易遭到破坏,必须进行高强度的加固,设计采用锚筋混凝土加固, 具体参数如下:
在直径为3600mm的溜井掘进的毛断面上,采用下降式分段施工,每段高度不大于 3000mm,浇灌厚度为300mm的标号为C25的混凝土 ;
为充分发挥砂浆锚杆的抗剪切能力,设计锚杆孔下倾15°,锚杆长度为2000mm,其中注浆部分1800mm,外露200mm。锚杆选用直径为20的普通螺纹钢筋,锚杆布置的密度为 500mmX 500mm,其平面投影呈环形放射状布置,并采用单层配筋方式,主筋与辅筋均选用直径为18的普通螺纹钢筋,间距为250mmX 250mm,主筋与辅筋之间以及主辅筋与抗剪锚杆之间均采用绑扎的形式连接。

Claims (1)

1. 一种地下矿山采区溜井加固的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:根据卸矿过程中矿石在溜井中的运动轨迹,结合采区溜井的高度和溜井的直径大小和矿石对井壁产生的冲击作用性质和冲击破坏区域,据此在垂直方向将溜井划分为第一冲击破坏区域、第二冲击破坏区域、断层破碎带区域和磨损破坏区域,采取不同形式进行加固; 第一冲击破坏区域:第一冲击区域主要是受法向冲击载荷作用,先第一衬板(15)通过第一锚爪(13)固定在混凝土井壁(11)上,所述第一锚爪(13)之间设有第一钢筋(14)加固,再将橡胶板(12) 通过螺栓固定在所述第一衬板(15)上,对第一冲击区域进行加固;其中,所述橡胶板大小为600mmX 400mm,厚度为40mm的橡胶板单体组成; 第二冲击破坏区域:第二冲击区域的主要受切向冲击载荷作用;先将第二衬板(23)与工字钢(22)焊接固定在第二锚爪(21)上,所述第二锚爪(21)之间设置第二钢筋(25)加固,再将锰钢板(26) 通过螺栓固定在所述第二衬板(23)上,然后向第二衬板(23)与井壁之间的空隙浇注混凝土(24),对第二冲击区域进行加固;其中,混凝土(24)的标号为C25,第二钢筋(25)为普通螺纹钢筋,工字钢(22)为14#工字钢,锰钢板(26)为厚度12mm的16Mn钢板; 断层破碎带区域:在直径为3600mm的溜井掘进的毛断面上采用下降式分段加固,每段高度不大于 3000mm,浇灌厚度为300mm的混凝土(31),在所述混凝土(31)上布置平面投影呈环形放射状密度为500mmX 500mm,下倾15°的锚杆孔,所述锚杆孔内设置长度为2000mm的锚杆 (33),其中注浆部分1800mm,外露200mm ;并采用单层配筋方式设置主筋(32)和辅筋(34), 所述主筋(32)与辅筋(34)间距为250mmX250mm,所述主筋(32)与辅筋(34)之间以及主筋(32)、辅筋(34)、锚杆(33)之间均采用绑扎的形式连接,对断层破碎带区域进行加固;其中,锚杆(33)为直径为20的普通螺纹钢筋;主筋(32)与辅筋(34)均选用直径为18的普通螺纹钢筋;磨损破坏区域:根据磨损破坏区域的围岩稳定性状况,稳定性较差时采用喷射混凝土加固,稳定性较好时就不支护。
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