丰山铜矿主要溜井垮塌原因分析.pdf

I S S N 1 6 712 9o o C N 4 31 3 4 7 ／ T D 采矿技 术第 1 O卷第 5期 Mi n i n g Te c h n o l o g y，Vo 1 ． 1 0， No ． 5 2 0 l O年 9月 Se p．2 01 0 丰 山 铜 矿 主 溜 井 垮 塌 原 因 分 析 马 杰 大冶有色设计研究院有限公 司， 湖北 黄石市4 3 5 0 0 5 摘要 针对丰山铜矿修复加 固前后 均发 生连续垮塌的情况， 分析 总结 了垮塌机理和原 因， 对类似 出矿量大、 服务年限长的溜井维护管理有借鉴意义。 关键词 溜井垮塌 ； 岩体结构 ；滑塌体 ； 维护管理 丰山铜矿是大冶有色金属公 司的主要生产 矿 山， 矿床含铜、 金 、 银 、 钼等多种金属 ， 可选性好 ， 地理 条件优越 ， 井下矿石生产规模为 2 2 0 0 t ／ d 。 丰山铜矿原主溜井的结构形式为多中段卸矿单 段垂直溜井 ， 直径为 5 m， 标高从 一1 5 0 IT I 到 一3 2 0 m， 未支护 ， 主要承担 一1 5 0 ， 一2 0 0 ， 一2 6 0 m 3个 中 段的矿石集贮与转运 。1 9 9 9年建成投人使用。 1 垮塌状况 2 0 0 7年 5月 ， 矿山例行安全检查时发现主溜井 垮塌严重 见图 1 。经放矿后检测 ， 井筒 内净 空跨 度最 大有 1 5 m， 最小 也有 9 m， 垮塌 量有 6 0 0 0多 m 3 。 该主溜井是丰山铜矿矿石提升的唯一通道 ， 为 防止垮塌进一步加大， 2 0 0 7年底用时 2 ． 5个月进行 了修复加固。2 0 0 8年 4月安全检查 时又发现主溜 井再次垮塌且垮塌的宽度较支护前增加 了 2 ． 8 n a ， 3 垮塌机理分析 长度向东南延伸 了约 4 m， 主溜井破坏边界距离主 井最短距离小于8 m， 距 一 2 6 0 i n卸矿绕道西段的距 离缩短 ， 一 2 6 0 m卸矿绕道东段已破坏 见图 1 。 2 工程地质 丰山铜矿原主溜井的围岩主要为大理岩 、 自云 石大理岩 、 蚀变大理岩 蛇纹石化 ， 其中穿插花岗 闪长斑岩。受热接触变质作用 ， 岩浆侵入围岩 中， 其 热力使碳酸盐岩发生重结晶变质为大理岩 一白云石 大理岩。其中蚀变大理岩颜色为黑灰色， 块状， 岩石 稳固性较差。 岩石岩溶作用 中等 ， 裂隙较发育 ， 裂隙密度为 2 1 2条／ m， 岩石普氏系数f 68 ， R Q D值 7 0 ％ 一 9 0 ％， 单轴抗压强度 8 5 ～ 1 0 5 M P a 。岩体被多组 不同方向的节理所切割 ， 易产生 冒顶或片帮； 围岩蚀 变强烈 ， 绿泥石化、 蛇纹石化、 高岭石化十分普遍 ， 强 蚀变岩石遇水即软化 、 泥化 ， 易 自然垮落。 图 1 主溜井破坏复合断面和修复加固 一 般情况下 ， 溜井井筒由于受溜放矿石 的冲击 磨损作用， 溜井断面不断被磨大， 而溜井的磨损速度 会逐渐降低。由于溜井磨损后， 断面不断地增大， 矿 石下落时向中心落矿的趋势逐渐发展， 矿石对溜井 井壁的冲击次数随之减少， 井筒围岩趋于稳定。 丰山铜矿主溜井使用近 9 a ， 井筒 内围岩垮塌净 空跨度最大有 1 5 m， 最小也有 9 m， 较设计大数倍 ， 井筒修复加固后不到半年 ， 又重新垮塌且垮塌程度 和速度较修复加固前更严重。 决定井下工程围岩稳固性 的 自然 因素中， 岩体 的结构是关键因素。丰山铜矿主溜井围岩裂隙较发 育， 裂隙密度为 2～1 2条／ m， 岩体被多组不同方向 5 2 采矿技术 的节理切割形成天然不连续地质结构面 ， 导致开挖 体岩体结构破坏。 从两次井筒垮塌复合图和修复加固时的现场观 察， 有裂隙带沿垮塌 长轴方向穿过井筒 ， 标 高位 于 一 2 3 0～一 3 1 0 1 T I 间， 且岩体被多组不 同方 向的节理 所切割 ， 存在大量潜在滑塌体 ， 贮放矿不停地扰动块 体平衡， 使脱离块体平衡的块体随矿石被放出， 井筒 断面因此逐渐增大 ， 而更大量 的潜滑块体发生联锁 滑塌使井筒垮塌不断向深部扩展。 4 修复加固后的垮塌原因分析 加固方案 主溜井 一2 0 0 i n以上采用锚网喷加 固， 一 2 0 0 m以下暂时只修复长轴方向的凹陷部分， 使修复后的两面墙 间距为 8 i n 。钢筋混凝土壁厚 1 11 3_ ， 外围充实低标号混凝土。历时两个半月施工 ， 用 混凝土 5 0 0 0 i n ， 钢材 3 0 0多 t 见 图 1 。修复后很 快垮塌， 主要原因为 1 施工时为保证施工安全 ， 对井壁的浮石进 行了清理 ， 使井筒断面 、 围岩暴露面积增大 ， 潜在滑 塌体 、 关键块增多。 2 壁后充填低标号混凝土经多次倒运下放 ， 到工作面时 ， 已发生离析 ， 由于充填壁厚量大 ， 当振 动棒未打到位时， 其充填密实度 、 强度达不到设计要 求时 ， 只是一堆松散体。 3 施工方案 只是加 固垮塌长轴方 向， 未整体 加固。井下空气的湿度大 ， 浇灌混凝土水化产生的 热量使井筒温度升高， 湿度变大。主溜井 围岩蚀变 强烈 ， 绿泥石化 、 蛇纹石化 、 高岭石化十分普遍 ， 强蚀 变岩石遇水即软化 、 泥化 ， 易 自然垮落。未加 固的围 岩软化 、 泥化 ， 自然垮落 ， 使松散充填体暴露出来 ， 松 散体流动性大 ， 随着贮放矿的冲击挠动 ， 松散的充填 体大量流出， 出现壁后大面积的空洞。 4 壁后空洞的出现 ， 使潜在的滑塌体临空 、 滑 塌， 当松散体和新的垮塌围岩随矿石放 出后 ， 长轴方 向浇筑的两堵墙孤立于井中， 井筒断面变大 ， 随着垮 塌面 增大 ， 潜 在滑 塌体 发生 联 锁滑 塌， 破坏 程度 增大。 ◆-◆-．- ◆ ◆_ ．-◆-◆- ．_●-◆- ◆-．-◆- ◆一◆-◆-◆-◆- ．-◆ 上接第 2 5页 [ 9 ] 王军． 岩溶矿床 帷幕注浆 截流新技 术 [ J ] ． 矿业 研究 与开 发 ， 2 0 0 6 ， S 1 1 5 1～1 5 4 ． [ 1 0 ] 曾绍权 ． 水 13山铅锌矿鸭公塘矿 区大型帷幕注浆 治水工程技 术的应用f J _ ． 中国有 色冶金 ， 2 0 0 6， 6 5 5～5 9 ． 5 孤立于井 中长轴方向浇筑的两堵墙随着壁 后滑塌体的联锁滑塌和放矿冲击 ， 井壁薄弱部位 由 于受力不均开始破坏 、 垮塌。 6 破碎带以外 的井筒上下部围岩解理发育 ， 井筒内矿石放空时 ， 上部围岩因悬空面积过大， 大量 片帮冒顶 ， 下部 围岩受上部大量片帮 冒顶冲击， 断面 变 大 。 5 结束语 实践告诉人们 当溜井通过矿石量大、 服务年限 较长时应注意 1 当溜井采用不支护设计时， 溜井所穿过的 岩层要求必须避开裂隙发育地带 、 褶皱 、 溶洞 、 断层 和破碎地带且岩层稳定整体性好。应充分考虑溜井 垮塌后的影响 ， 与其它竖井 、 硐室 、 巷道安全距 离尽 可能大一些 。 2 对于节理裂隙发育的溜井 ， 垮塌后的加固 应采取井筒整体钢性加 固， 对裂隙发育 、 垮塌后充填 地段要采取壁后注浆 固化处理， 减少潜在的滑塌体 的数量。 3 主溜井是矿 山生产出矿咽喉要道， 平 时要 加强检查和监护 ， 出现异常情况及时研究处理 ， 否则 垮塌严重时 ， 维修处理时施工安全 、 施工质量 、 处理 效果保证难 度大 ， 工程投 资大且 影 响矿 山生产时 间长。 参考文献 [ 1 ] 宋嘉栋 ， 等． 丰山铜业有 限公司 主溜 井改造技术研 究 [ R] ． 长 沙 长沙矿山研究 院， 2 0 0 9， 7 ． [ 2 ] 徐小荷． 采矿手册第 2卷 [ M] ． 北 京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 候鹏翔． 采矿设计 手册井巷工程 卷 [ M] ． 北 京 中国建筑 。 1 二 业 出版社 ，1 9 8 9 ． [ 4 ] 王清来． 武山铜矿新南副 井井壁 开裂浅 析[ J ] ． 有 色金属 矿 山部分 ， 2 0 0 0， 3 2 O～ 2 3 ． [ 5 ] 路增祥． 主溜井及矿仓的复合加 固工艺 [ J ] ． 金 属矿山 ， 2 0 0 6 ， 2． 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 2 8 作 者简介 马 杰 1 9 7 4一 ， 男， 湖 北天 门人 ， 工程 师 ， 主要 从 事矿 山建井技 术与 管理 工作 ， E m a i l m a j i e d y y s ． c o rn。 [ 1 1 ] 自聚波 ， 张 国军 ， 周辉 峰． 帷幕 注浆 在矿 山 治水 中的 应用 [ J ] ． 西部探矿工程 ， 2 0 0 8 ， 3 9 6～ 9 8 ． 收稿 日期 2 0 1 0一 o 4 2 8 作者简介 高广锋 1 9 7 1 一 ， 男， 河北邯郸人 ， 工程师， 从事 采矿及岩 土工程研 究工作 ， E ma i l g a o 6 0 7 1 9 5 4 1 2 6 ． c o m。