三山岛金矿新立矿区1#原矿仓治理与修复方法研究

杜 飞

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿, 山东 莱州市 261442)

1 工程背景

矿仓是地下矿山的重要工程之一，对矿山的稳定生产有着重要的调节作用[1]。三山岛金矿新立矿区主混合井1#原矿仓采用底卸式方式在-600 m水平卸载矿石至-675 m破碎机硐室破碎，采用竖直井筒正常段直径为6 m，混凝土结构并镶耐磨衬板，是新立矿区主混合井的主力卸载矿仓。经过3年多的使用，矿仓内耐磨衬板大量脱落，混凝土及围岩塌落，对矿石卸载造成巨大的贫化，并严重影响破碎机工作。垮塌边界距离混合井仅20 m，且有持续垮塌倾向，为了保证矿山的稳定生产和混合井的安全，矿仓治理和修复显得尤为重要。

2 垮塌空区三维激光扫描

目前国内外对采空区的探测技术主要包括工程钻探、地球物理勘探、三维激光探测等技术。其中，三维激光探测技术能精确获取采空区边界的点云空间信息，利用其高精度的探测成果并借助第三方矿山建模软件可开展采空区的三维精确建模[2]。

采用三维激光扫描的方法对矿仓垮塌形成的空区进行分析并建立三维模型[3-5]。对该矿仓进行三维激光扫描，初步判断塌方2300 m3，垮塌边界距矿仓中心最大距离为12 m，并初步形成三维扫描图(见图1)，其中塌落区和井筒与卸载站硐室底板重合区域较多，主要分布在卸载车辆前进方向(见图2)。

3 治理方案及施工

本修复工程以-600 m水平双控张拉锚索束+井筒内锚索+井壁锚喷网联合支护技术相结合的方式进行综合治理，并在此基础上自下向上修复井筒浇筑混凝土填充垮塌区域。在-600 m水平沿原矿仓外围南北两侧向井筒内壁方向施工双控张拉锚索钻孔并安装锚索束；井内连续分段施工，通过逐段放矿，在矿石渣堆上形成井内工作平台，人员通过吊桶进入井筒内施工砂浆锚杆、锚索端部固定及井筒内锚索和锚喷网联合支护；井内施工过程中，随着井筒内同一标高锚索端部固定完毕，-600 m水平即进行锚索张拉，待全部张拉完成后集中进行钻孔注浆；最后自下向上修复井筒浇筑混凝土填充垮塌区域。

图1 矿仓塌落空区

图2 空区成因

3.1 双控张拉锚索钻孔及安装施工

为保证矿仓在修复过程中的稳定性和人员作业安全，在-600 m水平沿原矿仓外围南北两侧向井筒内壁方向施工双控张拉锚索钻孔，全部钻孔施工完毕后安装钢绞线，待锚墩制作完成后即可开始进行井筒内的分项工程施工。井筒内同一标高的锚索端部固定施工完成后，在地面对锚索按设计要求施加预紧力。锚索全部施工完毕后，孔内全长砂浆锚固[6]。

设置6套深部岩体位移监测点(见图3)，南侧4套，北侧2套，位移监测点同双控锚索锚墩砌筑同步进行，将其固定到锚墩内。监测点锚索束安装前，在靠近地表50%长度的钢绞线外部套一层聚乙烯管，锚索束底部50%长度为裸露钢绞线。

图3双控锚索设计

3.2 井内垮塌区域支护

(1) 井筒内垮塌区域支护设计见图4，该支护工程在原矿仓碎石堆上施工，随放矿逐段进行，每次放矿高度为2 m。井筒内支护高度40 m，预计放矿次数为20次，约每3 d一个工作循环，井内工期60 d。

(2) 原矿仓内通过逐段放矿提供操作场地，每放一段后需对工作面进行敲帮问顶，平整渣堆场地，安装联排木板防止局部下陷，保障施工安全。施工作业人员配置防坠器和安全带。

(3) 随放矿逐段施工砂浆锚杆，锚杆规格为Φ20 m×2.5 m，间排距为1 m。锚杆施工采用支腿式气动凿岩机钻孔，锚杆钻孔直径38～42 mm，全长锚固，锚固力大于50 kN。

(4) 锚杆施工完成后，选用直径6 mm的钢筋编织钢筋网，网度为100 mm×100 mm，使其与岩壁紧密贴合。第一个和第二个工作循环安装双层钢筋网。

(5) 锚杆与挂网施工完成后，对井壁进行喷射C20混凝土，厚度为100 mm。先喷射5 cm的混凝土，后挂钢筋网，再喷射5 cm混凝土。

(6) 原矿仓东西两侧在井内施工锚索孔，钻深8 m，间排距为2 m，单根锚索15.24 m，树脂锚固长度2 m，初始张拉至10 t。锚杆、锚索垂直岩壁布置。

(7) 下放过程中，遇到双控锚索的钻孔，首先张拉双控锚索，并将双控锚索用15.24 mm钢绞线连接成一个整体。

(8) 锚杆钻孔注浆时，注浆管应插入距孔底300～500 mm处，选用M20水泥砂浆，孔内灌砂浆应密实饱满。

3.3 井筒修复及混凝土填充

井筒修复及浇筑混凝土均自下而上进行，从原矿仓下口变径段开始，逐层向上安装钢轨、浇筑混凝土，直到卸矿站全部施工完成。施工前先固定吊盘，布设井筒中心线，再次校核断面规格及标高等各项数据。再按照设计位置、标高、数量标定锚杆位置，锚杆要均匀布置。自下而上分层施工安装，下放18#槽钢，与锚杆位置比对后，通过锚杆固定槽钢，南北两侧无法固定的锚杆直接放置于垮塌区域内。然后安装钢轨，每根钢轨至少与3根预埋槽钢连接，每两根钢轨连接时采用夹板夹紧并用螺栓固定，将钢轨和混凝土浇灌在一起。内衬钢轨与预埋槽钢采用螺栓连接，最后立模，检查变形和漏浆口后，马上连同垮塌区域进行浇筑。在浇筑过程中，可适当增加井筒周边混凝土强度。完成一层钢轨支护的井筒修复及混凝土浇筑工作后，按照以上顺序逐层进行施工[7]。

图4垮塌区域支护设计

3.4 井筒修复效果

井筒修复结束后，再次投入使用，每隔30 d采用三维激光扫描仪对井筒进行扫描、建模、分析，结果表明，矿仓再没出现井壁脱落和围岩塌落的现象，保证了矿山的稳定生产和混合井的安全。

4 结 语

溜井和矿仓由于长期受下落矿石或废石的冲击造成了井壁脱落和围岩塌落，影响矿山的正常生产。针对上述问题开展研究，提出了控张拉锚索束+井筒内锚索+井壁锚喷网联合支护技术对三山岛新立矿区1#原矿仓进行治理与修复，并对修复后的矿仓进行长期监测，结果表明，该技术能有效治理矿仓或溜井垮塌，可为其他矿山在溜井和矿仓治理方面提供工程参考。

参考文献：

[1]明世祥.地下金属矿山主溜井变形破坏机理分析[J].金属矿山，2004(1):5-8

[2]赵兴东，徐 帅.矿用三维激光数字测量原理及其工程应用[M].北京：冶金工业出版社，2016.

[3]罗周全，徐 海，朱青凌，等.基于CMS的溜井垮塌三维信息获取及可视化分析[J].计算机测量与控制，2011，19(11):2818-2820.

[4]葛宝臻，卢 波，田庆国，等.激光三维扫描数据的表面重建[J].算机测量与控制，2006，14(10):1366-1367.

[5]Gong J Y，Cheng P G，Wang D Y. Three dimensional modeling and application in geological exploration engineering[J].Computers & geosciences，2004,30(4):191-404.

[6]冶金矿山井巷施工设计规范[S].北京：冶金工业出版社，1985.

[7]彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].北京：中国地质大学出版社，1997.