郭 晨，徐胜亮

(首钢矿业公司杏山铁矿，河北 迁安 064404)

杏山铁矿-330m水平卸矿硐室与主溜井塌方部位处理方法探索实践

郭 晨，徐胜亮

(首钢矿业公司杏山铁矿，河北 迁安064404)

2013年4月23日，杏山铁矿-330m水平卸矿硐室北侧正对主溜井井筒中心方向墙部发生垮冒，与主溜井井筒塌透，造成矿石破碎提升流程停机。处理时先对冒入卸矿硐室内矿石进行灌浆稳固，清理出硐室侧壁；然后对硐室采用U25型钢拱架、耐磨板加钢筋混凝土的联合支护方式进行抢修加固，施工工期仅12d。经过组织专家论证和日常生产实际验证，卸矿硐室塌方部位处理方式合理，工期短，使用过程中安全稳定。

卸矿硐室；主溜井；垮冒；钢拱架；安全稳定

0 引 言

1 工程及地质概况

杏山铁矿主溜井未进行单独的工程勘查，主溜井距离主井仅40 m，此段主井工勘揭露的地层水文地质条件较好，设计参照主井工勘资料，此段主溜井采用800 mm钢纤维混凝土支护。

根据主溜井实际施工揭露，此部位岩石主要为黑云混合片麻岩和角闪岩，其中，主溜井周边主要以角闪岩存在，角闪岩外围为片麻岩。角闪岩分布区域岩体处于破碎状态，碎块状和短柱状交替出现，该岩性的RQD值相对较低，基本在25%以下，节理裂隙主要以两种角度存在，裂隙宽度大多在0.1～0.4 mm之间。岩体呈粗粒碎裂结构，片麻状构造，节理裂隙发育，岩石整体质量劣，属于Ⅳ类、Ⅴ类围岩，稳定性和抗磨性均较差。

由于岩体质量相对较差，主溜井前期施工过程中发生严重超挖现象，致使主溜井周边部分区域出现大厚度混凝土浇筑层。在主溜井使用过程中，受到优势结构面控制和大断面卸矿硐室施工时卸压作用，围岩质量进一步降低，在主溜井下放矿石的作用下，主溜井向卸矿硐室方向发生严重垮塌并塌透到卸矿硐室内部。

经在塌透位置周围打探孔测得，现主溜井井壁与卸矿硐室间岩柱厚度仅约2.5 m，如图1所示。卸矿硐室现场塌方情况照片如图2所示。

图1 卸矿硐室塌方示意图

图2 卸矿硐室塌方照片

2 加固修补方法

2.1 处理方法

根据-330 m卸矿硐室破坏的实际情况，经与施工方共同讨论研究，确定如下所述处理方法。

1) 在卸矿硐室现状基础上采用U型拱架加固，确保卸矿硐室在现有状态下的整体稳定。在U型钢拱架外侧焊接加固钢板，其中靠近主溜井侧采用20 mm厚NM500型高耐磨钢板，另一侧采用8 mm厚普通热轧钢板(Q235—A)。20 mm NM500钢板起抗磨作用，必须确保固定牢固，不准错位、脱落。

2) 在U型钢拱架内部采用800 mm厚钢筋混凝土支护，用于确保-180 m水平上部生产结束前，主溜井正常使用时-330 m卸矿硐室能保持稳定不破坏，如图3所示。

图3 -330 m卸矿硐室支护断面图

2.2 处理原则

1) 卸矿硐室内钢拱架净跨8.4 m及地面至拱顶高度6.8 m为现场对卸矿硐室实测确定；U型钢拱架支护部分长度27.55 m，出车方向支护至硐室端墙，U型钢拱架高度应满足本设计要求不大于110 mm。

【美国国家核军工管理局网站2018年9月28日报道】 美国能源部(DOE)国家核军工管理局(NNSA)2018年9月28日宣布，B61-12核航空炸弹的最终设计评审已经完成，确认该航弹能够满足国防部的标准。军工局拟于10月在潘得克斯工厂(Pantex Plant)启动生产认证活动，目标是在2020年3月启动首枚B61-12的生产。

2) 内部采用直墙半圆型800 mm厚钢筋混凝土支护，按最终拱顶部分承受730 kPa竖向荷载、侧墙部分承受150 kPa水平荷载、墙基础固定牢固进行设计。混凝土采用高强度等级C30，钢筋采用热轧钢筋，用Φ-HRB335和Φ-HPB300表示，钢筋保护层厚度50 mm，钢筋连接可采用焊接连接或绑扎搭接连接，搭接长度需满足规范要求。

3) 卸矿硐室内布置必须确保有一侧满足人员安全通行的通道[4](断面图3中>=900 mm)。

4) 卸矿硐室内钢筋混凝土墙体基础深入至基岩内必须确保稳定，经过设计院利用理正结构软件计算，基础底面岩体承压能力要求不小于5.2 MPa[5]。

3 具体处理过程

1) 首先将-330 m卸矿槽利用δ50 mm厚木板进行封闭，在卸矿槽基础横向上搭设I16工字钢，长度4 m，间距1.5 m，共计排列工字钢12根，上部铺设δ50 mm厚木板，利用8#铁线绑扎牢固，确保施工人员可在卸矿槽上部进行操作，卸矿槽周围利用Φ50 mm脚手管制作安全防护栏杆，保证施工安全。

2) 防护平台安装完成后，利用砂袋将冒落区周围封闭严实，防止浆液外流，利用HSC防渗帷幕型灌浆料进行灌浆稳固冒落岩石及冒入矿石，初始凝结时间30 min，此种产品具有高流态、微膨胀、黏结效果好等特点，1 d强度可达25 MPa以上[6]，现场采用人工搅拌，砂浆泵输送灌入，根据现场实测，冒入散落岩石体积约30 m3，测算约需灌浆料20 t。灌浆凝结12 h后，即可对冒落外露渣石进行清理，清渣时将大块破碎，连同跨落的混凝土牛腿一并利用风镐破碎，硐室南北两侧墙共计9个钢筋混凝土牛腿，在牛腿上部，利用YT28凿岩机竖直向下打眼1排，布置4个炮孔，孔深600 mm，孔间距150 mm，每孔装乳化炸药半卷(150 g)进行控制爆破，爆破后，利用风镐凿除松散混凝土，气焊切割钢筋，废料外运提升出井。在目前2 t单梁吊车的位置搭设满堂脚手架，架设一架U25钢拱架，利用钢拱架做吊装架，4把5 t倒链交替提升，将吊车下放置平板车上，运至硐外。

3) 经实测卸矿硐室高7 m，灌浆、清渣的同时，在卸矿硐室内搭设脚手架，上铺δ50 mm厚木板，利用8#铁线绑扎牢固，用于安装拱架时的操作平台。待冒落区外露矿石清理完毕后，开始架设25U型钢拱架，拱架规格7.8 m×6.8 m，每面搭接长度500 mm，因卸矿硐室南侧有排水沟，施工时将水沟盖板撤除，将拱架腿部一侧加长400 mm，坐落于水沟底板上，塌方段10 m位置硐室两侧拱架底部纵向各安装一根I32工字钢，与拱架腿焊接牢固，保证两侧拱架的整体性。拱架底脚垫板200 mm×200 mm，δ10 mm厚钢板。中间冒落区8.3 m部位架拱间距500 mm，两侧拱架间距1 000 mm，架设钢拱架时先架设两腿部，每个腿部各用2根锚杆固定在岩壁上，锚杆采用Ф20树脂锚杆，长度2 m，每个锚杆采用两根锚固剂端头锚固，腿部架设完毕后再架设拱部，拱部利用5根锚杆固定在围岩上，拱部与两腿部各用两套卡子连接并固定，各卡子的螺丝一定要拧紧。拱架间焊接Ф20的连接螺纹钢，相邻两架拱架间共使用11根0.5 m(外侧1.0 m)长螺纹钢筋，共计架拱37架，支护部位全长27.55 m，出车方向支护至硐室端部，进车方向距离本侧硐室端部5.05 m，如图4所示。架拱完成后，塌方段18.3 m范围内，在拱架外侧安装δ20 mm厚NM500型耐磨钢板，规格1 m×0.5 m共计48块、1 m×0.4 m共计108块、1 m×0.2 m(δ25 mm)共计480块，硐室南侧布置相同数量的δ8 mm厚普通钢板纵向排列。出车方向至硐室端部剩余段，北侧在拱架外侧焊接δ10 mm锰钢板，规格1 m×1 m共计16块、1 m×0.5 m共计32块、1 m×0.25 m共计176块，硐室南侧布置相同数量的δ8 mm普通热轧钢板，沿与拱架交接处接触面焊接牢固，不准错位、脱落。在钢板内侧焊接150 mm长锚固钢筋，末端做弯钩，锚固勾间距500 mm×200 mm。

图4 钢拱架平面布置示意图(单位：m)

4) 钢板焊接完成后，在岩壁和钢板之间利用C20喷射混凝土进行填充，经现场实测，填充工程量约380 m3，墙拱要填充密实，确保主溜井正常使用时，-330 m卸矿硐室能稳定不破坏。

5) 在上述工序完成后，开始进行加固部位钢筋混凝土永久支护，加固段全长27.55 m，共计架设钢拱架37架，拱架规格7.8 m×6.8 m，钢筋混凝土支护厚度800 mm，采用直墙半圆拱，支护完硐室净断面尺寸为6.0 m×5.89 m，施工时需保证北侧设备基础外侧螺栓与混凝土墙的间距达到安装要求，不小于200 mm。技术要求如下所述。①混凝土强度等级采用C30，钢筋采用热轧钢筋(横向间距200 mm，纵向间距150 mm)，混凝土保护层厚度50 mm，钢筋采用绑扎或焊接连接，搭接长度满足规范要求。钢筋混凝土墙基础需深入基岩，考虑现场实际现状，施工时不允许爆破，采用风镐挖掘，尽可能挖至基岩，下掘深度不低于500 mm，挖掘工程量约40 m3，利用HSC防渗帷幕型灌浆料进行灌浆，并在底部竖直向下打生根锚杆，Φ20树脂锚杆深度2 m，共计2排，间距500 mm，两侧共计施工锚杆220根，并在基础外侧加装耐磨钢板。施工时，先浇筑墙基础，在基础以上甩出钢筋，便于安装及加固模板。②钢筋混凝土基础施工完成后，开始绑扎双层钢筋，横向钢筋采用Φ25螺纹钢间距200 mm，纵向钢筋采用Φ28螺纹钢间距150 mm，内外两层钢筋利用Φ12拉筋固定，300 mm×400 mm间距(底部1.5 m基础150 mm×300 mm间距)。钢筋绑扎时，底部1.5 m基础上下增加两层Φ28横筋，每排8根，上下两层加固钢筋用2根Φ12拉筋@150 mm绑扎固定。③钢筋绑扎完成后，进行支模，内侧利用[20拱架做支撑，模板采用竹胶模板，模板与钢筋之间留50 mm保护层，模板必须拼接严密，固定牢固，侧墙支模时，预埋钢牛腿埋件，位置距离卸矿硐室底板2.5 m，硐室两侧钢牛腿共计16个，间距3.5 m，进车方向模板封堵严实，保证拆模后，立面整齐，出车方向要与硐室端部拼接严密。浇筑时分两段进行，利用混凝土输送泵入模，两侧对称浇筑，振动棒振捣，保证混凝土密实度，养护72 h拆模。出车方向剩余5 m未进行钢筋混凝土支护，按照机动专业要求施工4个钢筋混凝土独立牛腿柱，柱截面尺寸600 mm×600 mm，外侧与原钢筋混凝土牛腿利用锚杆连接，每个柱子施工6根锚杆，如图5所示。模板加固采用Φ12对拉螺栓、间距300～500 mm成梅花状布置，内侧与钢板焊接固定，外侧与加固钢管用燕尾卡子连接。外侧模板的加固必须采取可靠措施，防止模板涨模或者坍塌。混凝土浇筑时严格按照配合比施工,浇筑时分层对称浇筑。利用卸矿硐室出车方向地坪堆放浇筑骨料及安装搅拌机、输送泵，施工时下料要连续充足，保证混凝土的连续浇筑。

图5 牛腿平面布置图(单位：m)

6) 钢筋混凝土浇筑完成后，进行现场清理。卸矿硐室支护处理完效果如图6所示。周边位移是硐室围岩应力状态变化和围岩发生变形最直接的反映。通过监测施工后硐室围岩与支护结构的动态变化，可判断围岩的稳定性、支护的可靠性，确保支护结构的长期稳定。

本工程支护完成后采用JSS30A型数显收敛计对硐室两帮及顶底板收敛量进行120 d的持续监测。根据监测位移数据，绘制了顶底板和两帮的相对位移量随时间的变化曲线如图7所示。

图6 支护后的卸矿硐室

图7 相对位移量与观测时间关系图

由图7可见，硐室两帮和顶底板相对位移量在支护完成有一定增长，运行约30～40 d后均表现为相对平稳，支护结构的稳定性良好。

4 结束语

经国内知名专家，对主溜井的使用维护进行了论证，一致认为此部位采取的处理方法安全可靠，且自处理后即2014年4月～2016年2月的监测数据也表明-330 m卸矿硐室没有位移变化。提出以下建议以供参考。

1) 矿山建设前应对主体、关键工程进行必要的工程勘察，查明工程地质条件、水文地质条件，为工程建设的设计提供可靠的地质依据。

2) 卸矿硐室破损处揭露的围岩显示该区域岩体松软、破碎，整体稳定性和抗磨损性能均非常差，在卸矿硐室支护完成主溜井正常使用后应严格监测卸矿硐室支护变形情况，如发现异常情况应及时采取措施确保安全。

[1] 余传习.U型钢支架抬棚的应用[J].煤炭工程，2005(10)：32-33.

[2] 潘佳，王晓辉.金属矿山主溜井锰钢板支护的探讨[J].现代矿业，2012，28(7)：122.

[3] 康武雄.锰钢板在矿山溜井支护中的应用效果[J].甘肃冶金，2011，33(3)：38-39.

[4] 张富民.井巷工程卷[M]//采矿设计手册(3).北京：中国建筑工业出版社，1989.

[5] 宋学杰，张平.主溜井坍塌后的恢复治理及防治措施[J].黄金，2014(6)：43-46.

[6] 周兴旺.注浆施工手册[M].北京：煤炭工业出版社，2014：98-102.

Explorationandpracticeofthelandslideareasolutionat-330mleveloredumpingchamberandthemainchuteinXingshanironoremine

GUO Chen，XU Shengliang

(Xingshan Iron Ore Mine，Shougang Mining Company，Qian’an064404，China)

On April23，2013，the wall was collapsed at the north of -330m level ore dumping chamber of Xingshan iron ore mine towards the direction of the main chute wellbore center，and the main chute wellbore was collapsed，which caused ore crushing process downtime.The solution was to take grouting into ore dumping chamber indoor for solid，clearing the cavern wall.Then the U25steel arch was used in the chamber，along with the combined supporting method of wear-resisting board plus reinforced concrete to repair and reinforce.The construction period was only12days.Through experts’ argumentation and daily production validation，the solution to the landslide area of ore dumping chamber was reasonable with short construction period and stability in use process.

ore dumping chamber；main ore pass；catastrophic collapse；steel arch；security and stability

TD354

A

1004-4051(2017)12-0171-04

2017-04-06责任编辑刘艳敏

郭晨(1981-)，男，工程师，2004年毕业于山东科技大学地质工程专业，主要从事地下矿山工程建设和管理工作，E-mail：dzg05@163.com。