CN113216975B - 采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其施工步骤为：1）所述通风天井扩刷至复杂富水破碎带时，根据复杂富水破碎带的高度在通风天井的井筒内放置至少一层圆形钢筒；所述圆形钢筒外壁沿放射方向向四周固接若干个锚固钢筋；2）所述圆形钢筒的筒壁开孔，通过开孔沿放射方向向四周固接若干个注浆管；3）所述圆形钢筒之间或圆形钢筒上开有进料振捣孔，通过振捣孔下入溜灰管将混凝土注入圆形钢筒外侧与通风天井之间的空隙进行浇筑充填并振捣；4）通过上述的注浆管进行井筒壁后注浆，使破碎带塌方段完全充填并与原岩契合。本方法有效解决了复杂富水破碎带施工通风天井易出现塌方、跑渣喷浆、难以成型等技术瓶颈难题。

Description

采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法

技术领域

本发明涉及一种金属矿山地下采场采切工程施工技术领域，尤其是一种采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法。

背景技术

目前，金属矿山地下采场的采区通风天井井筒掘砌施工，通常在天井底部采用反井钻机进行小孔径导孔钻进施工，然后再用反井钻机进行扩孔钻进施工，最后再由通风天井顶部采用正掘扩刷至目标直径。针对于富水盲竖井通常采用井筒冻结法或地面预注浆法进行提前预加固处理后再采取“反掘导孔+反掘扩孔+正掘扩刷”的施工方法。根据三级矿量平衡原则，依据采矿方法，采区通风天井施工前需建成矿山井下各开拓系统，即各中段沿脉巷及穿脉巷掘支完成，故一条通风天井以各开拓中段为界面被分成几段通风天井进行施工。导段施工给通风天井施工带来了便捷，减小了天井施工深度，但同时也给复杂富水破碎带的采区通风天井施工方法的选择带来了较大困难。因冻结法和预注浆需要较大措施工程空间，不利于井下采场导段通风天井施工，且投资大、工期长、工艺复杂。针对于位于采区的矿岩条件复杂富水破碎的通风天井地带的通风天井施工，国内尚无安全经济有效的施工方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种安全经济有效的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的施工步骤为：1）所述通风天井扩刷至复杂富水破碎带时，根据复杂富水破碎带的高度在通风天井的井筒内放置至少一层圆形钢筒；所述圆形钢筒外壁沿放射方向向四周固接若干个锚固钢筋；

2）所述圆形钢筒的筒壁开孔，通过开孔沿放射方向向四周固接若干个注浆管；

3）所述圆形钢筒之间或圆形钢筒上开有进料振捣孔，通过振捣孔下入溜灰管将混凝土注入圆形钢筒外侧与通风天井之间的空隙进行浇筑充填并振捣；

4）通过上述的注浆管进行井筒壁后注浆，使破碎带塌方段完全充填并与原岩契合。

本发明所述步骤2）中，注浆管向外伸出圆形钢筒1.5m～2.5m，注浆管直径30mm～36mm。

本发明所述步骤1）中，所述锚固钢筋的锚固长度不低于1m。

本发明所述步骤1）中，每层圆形钢筒的高度为1200mm～1800mm。

本发明所述每层圆形钢筒固接有至少两层锚固钢筋，每层锚固钢筋与圆形钢筒连接处之间的间距为800mm～1000mm。

本发明所述步骤2）中，每层圆形钢筒均固接有一层注浆管，每层注浆管与圆形钢筒连接处之间的间距为1.0m～1.2m。

本发明所述步骤3）中，每两层圆形钢筒之间开有进料振捣孔。

本发明所述步骤1）中，每层圆形钢筒的均由若干片弧形筒壁拼装而成。所述相邻弧形筒壁立缝拼接处用螺栓连接，每层圆形钢筒拼装完成后沿直径方向用工字钢进行加固支撑钢筒。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明先在井筒内安装直径与风井直径相近的圆形钢筒，筒内径向预埋注浆管；待井筒全部充填完成后，用于井筒壁后径向注浆对井筒淋水进行治理，保障井筒成型稳定，减少塌冒风险；然后通过振捣孔下入溜灰管，将混凝土注入井壁与围岩空隙进行充填，同时进行振捣作业；整个井筒壁后充填完成后，从风井顶部开始逐层往下，通过预埋注浆管进行井筒壁后注浆，使破碎带塌方段完全充填并与原岩契合，保证风井成型稳固安全不塌冒。本发明有效解决了复杂富水破碎带施工通风天井易出现塌方、跑渣喷浆、难以成型等技术瓶颈难题；经实践，本发明有利于现场组织实施，安全经济。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中圆形钢筒及预埋注浆孔的平面布置结构示意图；

图2是本发明中安装圆形钢筒后的天井井筒剖视图。

图中：1－通风天井、2－圆形钢筒、3－工字钢、4－角钢、5－锚固钢筋、6－注浆管、7－螺栓、8－圆钢、9－振捣孔。

具体实施方式

图1、图2所示，本采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法采用下述施工步骤：1）在天井底部采用反井钻机进行小孔径导孔钻进施工，导孔直径200 mm～300mm；在天井底部采用反井钻机进行扩孔钻进施工，由天井底部排渣；扩孔直径1000mm～1200mm。

2）在通风天井1顶部采用正掘扩刷至目标直径，爆破后渣石落入通风天井底部，由底部排渣。

3）待扩刷至复杂富水破碎带时，采用圆形钢筒2加固预埋注浆管再进行浇筑砼充填，最后进行塌方段壁后径向注浆密闭治水的方案；具体见下述步骤。

4）首先，在通风天井1的井筒内安装直径小于通风天井直径150～200mm的圆形钢筒2，根据复杂富水破碎带的高度安装若干层；每层圆形钢筒2高度为1200mm～1800mm。每层圆形钢筒2分若干片弧形筒壁拼接安装；最好为四片，即每片弧形筒壁均为1/4筒体。每片弧形筒壁内侧立缝拼接处焊接角钢4，相邻弧形筒壁的角钢4用螺栓7连接，从而将弧形筒壁拼接一个完整的圆形钢筒2。在相邻层圆形钢筒2水平接缝处的上方和下方割孔，然后用圆钢8箍焊在上下的割孔内，从而加固相邻的圆形钢筒2；所述圆钢8直径为20mm～30mm。为防止塌方砸损圆形钢筒2变形，每层圆形钢筒2拼接完成后沿直径方向分两层用工字钢3进行加固支撑圆形钢筒2，待浇筑完成后及时割除工字钢3。

其次在圆形钢筒2上呈放射状向外焊接锚固钢筋5，一圈为一层，每层钢筒上的锚固钢筋5的层数不少于2层；每层锚固钢筋5中，锚固钢筋5与圆形钢筒2外壁连接处之间的间距为800mm～1000mm。所述锚固钢筋5的长度不小于1.2m；伸出圆形钢筒2外壁的长度即锚固长度不低于1m；锚固钢筋5伸入圆形钢筒2内部的一端弯折后与钢筒焊接一起。所述锚固钢筋材质为螺纹钢，直径为18mm～25mm。

5）在每层圆形钢筒2中部割孔，在所割的孔内呈放射状向外预埋注浆管6；所述注浆管6在长度1.5m～2.5m范围内选取两种长度的注浆管6，交替布置；注浆管6与圆形钢筒2外壁连接处之间的间距为1.0m～1.2m；所述注浆管6材料选用碳钢管，直径为30mm～36mm。所述注浆管6一端伸入塌空区并靠近围岩，另一端在圆形钢筒2内外露丝头不得小于300mm，以方便与水泥管连接。所述预埋的注浆管6为后续工序所用：对井壁采用采用径向壁后注浆对井筒淋水进行治理，降低井筒淋水造成的喷井风险。

6）每安装两层圆形钢筒2，在上下两层圆形钢筒2之间的接口处留设四个振捣孔9，便于插入溜灰管和振捣作业，振捣孔9尺寸为300mm*200mm。

7）每安装两层圆形钢筒2浇筑一次，遇破碎塌冒严重段时采取一层一浇筑。通过振捣孔9下入溜灰管，将C20混凝土注入通风天井井壁与围岩空隙进行浇筑充填。所述溜灰管直径为90mm～125mm，材质采用高压胶管。

为保证砼的和易性和充填质量，水灰重量比控制在1:0.8～1:1.3之间保证砼流动性；浇筑时采用插入式振捣器通过进行振捣。

浇灌砼采用分层对称浇筑，每浇筑300mm～400mm厚即振捣一次，振捣器的振动棒要插入下层砼50mm～100mm，每次扰动时间约20S～30S。浇筑充填完成后及时将振捣孔进行补焊封堵。

8）所述圆形钢筒2全部安装并浇筑充填完成后，从风井顶部开始逐层往下，通过预埋的注浆管6进行井筒壁后注浆，使破碎带塌方段完全充填并与原岩契合，保证通风天井成型稳固安全不塌冒。

所述注浆的浆液采用单液水泥浆，浆液浓度即干浆料与水的重量比为0.5:1～1:1；如孔内吸浆量大长时间不升压，可在水泥浆液中加三乙醉胺与氯化钠混合液。注浆终压取静水压力的2～3倍，根据现场实际静水压确定注浆终压。

实际应用案例：

（1）原施工方案：河北某矿为大水矿山，矿岩富水且复杂破碎，其采区通风天井井径3米，井深由-110m至-245m约135米，通风天井施工期间已经建成-170m、-230m中段沿脉巷道。故采用导段施工，分段最深60米，采取“反掘导孔+反掘扩孔+正掘扩刷”的施工方法。但在反掘扩孔施工6#通风天井-170m至-230m段过程中，发生井筒塌方险肇事故，只好在-230m中段采取封闭措施暂停施工研讨下一步施工方案。在停工过程中因井筒堵塞、井筒内涌水及塌方的松散岩石导致井筒发生喷料险肇事故。后矿山组织对风井井筒进行了摄像头勘测，探明目前井筒内渣石堆积高度约30m，井筒内暂时没有积水，渣石上部距-170m水平约12m高度尚未塌方。

（2）原改进的施工方案：继续保留-230m水平已半封闭的围栏，从通风天井上部-170m中段采用槽钢制成钢圈和喷砼混合支护方式进行正向扩刷，渣石堆积在塌空区与未塌空区交界处，扩刷至浮渣后，开始从-230m中段通风天井底部出渣。为确保安全，出渣时风井上部不作业，并始终将井筒内渣石堆积在井筒上部扩刷作业的位置。

所述槽钢钢圈由型号为28#-40#槽钢加工成直径为2.8m直径的圆筒，为便于安装，所述槽钢钢圈平均切割成四等份，四等份组成一个圈形。在每个1/4槽钢腿上相同位置打2-4个螺丝孔，用于上下两层槽钢之间的连接。槽钢宽300mm，两层槽钢之间使用螺丝连接焊接固定，形成多层1/4槽钢钢圈，采用焊接方式将4个多层1/4槽钢钢圈最终形成直径为2.8m的槽钢井筒。逐段向下施工，直至通过塌方段。最后用混凝土将塌空区充填，避免进一步塌方破坏井筒。

按此方法扩刷施工至约29m位置时，井筒塌方严重且涌水较大，如继续采用钢圈加固法施工安全风险较大，且工期较长，故井筒施工暂时停滞。

（3）本施工方案：为了解决上述井筒施工停滞的问题，改进了施工工艺，采用本采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法；具体方案如下所述：

在-230m中段通风天井底部采用反井钻机进行小孔径导孔钻进施工，导孔直径250mm。在天井底部采用反井钻机进行扩孔钻进施工，由天井底部排渣；扩孔直径1200mm。

在-170m中段通风天井顶部采用正掘扩刷至目标直径3.0m，爆破后渣石落入通风天井底部-230m中段，由底部-230m中段排渣。

待扩刷至复杂富水破碎带时，首先在井筒内安装直径2800mm的圆形钢筒，每层钢筒高度1500mm。每层钢筒分四片拼接安装，每片钢筒内侧立缝拼接处焊接角钢并用螺栓连接；相邻钢筒水平接缝采用在上下部钢板割孔并用直径20mm的圆钢箍焊；为防止塌方砸损钢筒变形，每层钢筒拼接完成后沿直径方向分两层用12#工字钢进行加固支撑钢筒，待浇筑完成后及时割除支撑。其次在钢筒上按间距1000mm焊接长度1.2m锚固钢筋，所述锚固钢筋锚固长度为1.1m，在钢筒端弯折后与钢筒焊接一起。每段钢筒上的锚固钢筋层数为2层，所述锚固钢筋材质为螺纹钢，直径为20mm。

同时在每段圆形钢筒中部割孔，向筒内径方向预埋1.5m和2.5m两种长度的注浆管，交替布置；注浆管材料选用碳钢管，注浆管直径32mm；注浆管间距1.2m；注浆管一端伸入塌空区并靠近围岩，另一端钢筒外侧外露丝头不得小于300mm。

每安装两层圆形钢筒，在接口处留设四个进料振捣孔，便于插入溜灰管和振捣作业，预留孔尺寸为300mm*200mm。

每安装两层圆形钢筒浇筑一次，遇破碎塌冒严重段时采取一层一浇筑。通过振捣孔下入溜灰管，将C20混凝土注入井壁与围岩空隙进行浇筑充填，水灰比控制在1:0.8～1:1.3，浇筑时采用插入式振捣器通过进行振捣。溜灰管直径为108mm，材质采用高压胶管。

浇灌砼采用分层对称浇筑，每浇筑300mm～400mm厚即振捣一次，振动棒要插入下层砼50mm～100mm，每次扰动时间约20S～30S。浇筑充填完成后及时将振捣孔进行补焊封堵。

循环进行上述施工，直至井筒全部浇筑充填完成后，从风井顶部开始逐层往下，通过预埋注浆管进行井筒壁后注浆，使破碎带塌方段完全充填并与原岩契合，保证风井成型稳固安全不塌冒。注浆浆液采用单液水泥浆，浆液浓度0.5:1～1:1，如孔内吸浆量大长时间不升压，可在水泥浆液中加三乙醉胺与氯化钠混合液。注浆终压取静水压力的2～3倍，根据现场实际静水压确定注浆终压。

采用本方法施工后，安全顺利完成剩余31米通风天井井筒的掘支施工，总工期37天，其中施工准备改造7天，安装井筒钢圈及充填浇筑20天，加固注浆10天。比计划塌方处理工期50天提前了13天。经实践检测，完成并使用一年后，通风天井井筒总淋水量低于0.4m3/h，经下部水沟进入巷道排水系统，不会对井筒稳固性产生威胁；通风天井井筒成型及稳定性良好，未出现塌方现象。

由上述可知，如使用常规施工方法施工过复杂富水破碎带的通风天井，则井筒无法成型，易造成塌方、喷井等险肇事故，且塌方面积随出渣越增越大，最终造成通风天井无法施工。本方法有效解决了复杂富水破碎带施工通风天井易出现塌方、跑渣喷浆、难以成型等技术瓶颈难题，且成型稳定。

Claims (9)

1.一种采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于，其施工步骤为：1）所述通风天井（1）扩刷至复杂富水破碎带时，根据复杂富水破碎带的高度在通风天井（1）的井筒内放置至少一层圆形钢筒（2）；所述圆形钢筒（2）外壁沿放射方向向四周固接若干个锚固钢筋（5）；

2）所述圆形钢筒（2）的筒壁开孔，通过开孔沿放射方向向四周固接若干个注浆管（6）；

3）所述圆形钢筒之间或圆形钢筒（2）上开有进料振捣孔（9），通过振捣孔（9）下入溜灰管将混凝土注入圆形钢筒（2）外侧与通风天井（1）之间的空隙进行浇筑充填并振捣；

4）通过上述的注浆管（6）进行井筒壁后注浆，使破碎带塌方段完全充填并与原岩契合。

2.根据权利要求1所述的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于：所述步骤2）中，注浆管（6）向外伸出圆形钢筒（2）1.5m～2.5m，注浆管（6）直径30mm～36mm。

3.根据权利要求1所述的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于：所述步骤1）中，所述锚固钢筋（5）的锚固长度不低于1m。

4.根据权利要求1所述的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于：所述步骤1）中，每层圆形钢筒（2）的高度为1200mm～1800mm。

5.根据权利要求4所述的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于：所述每层圆形钢筒（2）固接有至少两层锚固钢筋（5），每层锚固钢筋（5）与圆形钢筒（2）连接处之间的间距为800mm～1000mm。

6.根据权利要求4所述的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于：所述步骤2）中，每层圆形钢筒（2）均固接有一层注浆管（6），每层注浆管（6）与圆形钢筒（2）连接处之间的间距为1.0m～1.2m。

7.根据权利要求4所述的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于：所述步骤3）中，每两层圆形钢筒之间开有进料振捣孔（9）。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于：所述步骤1）中，每层圆形钢筒（2）的均由若干片弧形筒壁拼装而成。

9.根据权利要求8所述的采区通风天井过复杂富水破碎带的施工方法，其特征在于：所述相邻弧形筒壁立缝拼接处用螺栓（7）连接，每层圆形钢筒（2）拼装完成后沿直径方向用工字钢（3）进行加固支撑圆形钢筒（2）。

Images