專利名稱：一種地下礦山采區(qū)溜井加固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬礦山開采與巖土工程加固領(lǐng)域，涉及一種適用于松軟、破碎圍巖條件下的采區(qū)溜井加固，延長(zhǎng)溜井的服務(wù)年限的地下礦山采區(qū)溜井的加固方法。
背景技術(shù)：
采區(qū)溜井屬于礦山開拓系統(tǒng)工程，其主要作用是溜放和暫時(shí)儲(chǔ)存礦石。對(duì)于一般礦山而言，每條溜井的平均使用年限達(dá)到8 10年，平均負(fù)擔(dān)礦量40 60萬(wàn)噸。井巷工程的變形破壞一直是影響采礦生產(chǎn)和安全的重大技術(shù)難題，其難點(diǎn)表現(xiàn)在(1)礦體內(nèi)斷層破碎帶極其發(fā)育，礦巖體松軟破碎，整體強(qiáng)度較低；( 隨著開采深度的增加，當(dāng)開采深度超過450m，以水平應(yīng)力為主的原巖應(yīng)力場(chǎng)和以開挖引起的采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)相互疊加，產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象十分突出；C3)采區(qū)溜井所處的應(yīng)力環(huán)境比較差，每個(gè)分段與多條出礦聯(lián)絡(luò)道相通，不僅產(chǎn)生較為嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，而且破壞了溜井的空間的整體性，導(dǎo)致其穩(wěn)定性下降；(4)殘留了部分礦柱，或回采順序的不合理，造成局部支承壓力過高；( 采區(qū)溜井存在時(shí)間普遍較長(zhǎng)，加之地下水、掘進(jìn)和中深孔鑿巖的施工水通過溜井排出，圍巖巖體強(qiáng)度隨著時(shí)間的增加降低量比較明顯，對(duì)井壁圍巖產(chǎn)生不利影響。上述原因均造成礦山溜井變形破壞明顯加劇，坍塌現(xiàn)象比較明顯，特別是咽喉要道大量片垮冒堵，嚴(yán)重影響礦山的生產(chǎn)與安全管理。目前，對(duì)松軟破碎圍巖的采區(qū)溜井，礦山均采用單一的方法加固，主要有如下幾種
方法一鋼筋混凝土澆筑加固
該方法沿采區(qū)溜井井壁四周綁扎鋼筋，再支模板澆筑混凝土 (厚度不小于300mm)。具有支護(hù)強(qiáng)度高、耐久性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，是礦山主要采取的方法。但該方法具有施工困難、成本高、工期長(zhǎng)、施工安全性差等缺點(diǎn)。方法二 噴錨網(wǎng)加固
該方法是隨著溜井的掘進(jìn)，采用錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土的方式加固井壁。具有快速、安全、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)，該方法具有支護(hù)強(qiáng)度低、抗沖擊能力低、使用壽命短等缺點(diǎn)ο

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有快速、安全、成本低，且施工簡(jiǎn)單、、工期短、施工安全的一種地下礦山采區(qū)溜井加固方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種地下礦山采區(qū)溜井加固的方法，具體包括以下步驟 根據(jù)卸礦過程中礦石在溜井中的運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)合采區(qū)溜井的高度和溜井的直徑大小和礦石對(duì)井壁產(chǎn)生的沖擊作用性質(zhì)和沖擊破壞區(qū)域，據(jù)此在垂直方向?qū)⒘锞畡澐譃榈谝粵_擊破壞區(qū)域、第二沖擊破壞區(qū)域、斷層破碎帶區(qū)域和磨損破壞區(qū)域，采取不同形式進(jìn)行加固；
第一沖擊破壞區(qū)域第一沖擊區(qū)域主要是受法向沖擊載荷作用，先第一襯板通過第一錨爪固定在混凝土井壁上，所述第一錨爪之間設(shè)有第一鋼筋加固，再將橡膠板通過螺栓固定在所述第一襯板上， 對(duì)第一沖擊區(qū)域進(jìn)行加固；其中，所述橡膠襯由大小為600mmX400mm，厚度為40mm的橡膠板單體組成；
第二沖擊破壞區(qū)域
第二沖擊區(qū)域的主要受切向沖擊載荷作用；先將第二襯板與工字鋼焊接固定在第二錨爪上，所述第二錨爪之間設(shè)置第二鋼筋加固，再將錳鋼板通過螺栓固定在所述第二襯板上， 然后向第二襯板與井壁之間的空隙澆注混凝土，對(duì)第二沖擊區(qū)域進(jìn)行加固；其中，混凝土的標(biāo)號(hào)為C25，第二鋼筋為普通螺紋鋼筋，工字鋼為14#工字鋼，錳鋼板為厚度12mm的16Mn 鋼板；
斷層破碎帶區(qū)域
斷層破碎帶區(qū)域采用下降式分段加固，每段高度不大于3000mm，澆灌厚度為300mm的混凝土，在所述混凝土上布置平面投影呈環(huán)形放射狀密度為500mmX 500mm，下傾15°的錨桿孔，所述錨桿孔內(nèi)設(shè)置長(zhǎng)度為2000mm的錨桿，其中注漿部分1800mm，外露200mm ；并采用單層配筋方式設(shè)置主筋和輔筋，所述主筋與輔筋間距為250mmX 250mm，所述主筋與輔筋之間以及主筋、輔筋、錨桿之間均采用綁扎的形式連接，對(duì)斷層破碎帶區(qū)域進(jìn)行加固；其中，錨桿為直徑為20的普通螺紋鋼筋；主筋與輔筋均選用直徑為18的普通螺紋鋼筋。磨損破壞區(qū)域
根據(jù)磨損破壞區(qū)域的圍巖穩(wěn)定性狀況，穩(wěn)定性較差時(shí)采用噴射混凝土加固，穩(wěn)定性較好時(shí)就不支護(hù)。本發(fā)明的有益效果是①耐磨性能比較好。橡膠板的耐磨性能在于它具有良好的彈性，當(dāng)有載荷作用時(shí)，橡膠容易變形收縮；當(dāng)載荷卸掉時(shí)，它又能很好的恢復(fù)原狀。因此， 橡膠板的耐磨性能是普通鋼軌的4 8倍，錳鋼板的2 4倍，在耐磨性能方面具有很大優(yōu)勢(shì)，并且其彈性好，可以很好的緩沖礦石對(duì)井壁的沖擊力作用。②橡膠板自身質(zhì)量輕，便于安裝和維修。橡膠的比重為鋼材的1/7，同樣加固厚度， 其重量約為鋼加固構(gòu)件的1/5，大大降低了安裝勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了安全系數(shù)。③橡膠板具有很好的吸震隔振效果，可以降低礦石沖擊井壁的噪音，改善井下工作環(huán)境，同時(shí)可以緩沖大塊礦石對(duì)井壁的沖擊破壞。④安裝更換方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，且安裝方式可多種多樣，可采用內(nèi)螺紋錨桿對(duì)橡膠襯板進(jìn)行錨固，也可根據(jù)施工和安裝習(xí)慣做成外掛式。⑤經(jīng)濟(jì)上比較合理。采用高錳鋼板的加固方式可以很好的起到加固井壁的作用，因?yàn)楦咤i鋼板抗沖擊、抗磨損性能良好、加固可靠、服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)。


圖1本發(fā)明采區(qū)溜井加固總體方案圖。圖2本發(fā)明橡膠板加固示意圖。圖3本發(fā)明橡膠板加固局部放大示意圖。
圖4本發(fā)明錳鋼板加固方法示意圖。圖5本發(fā)明錨筋混凝土加固示意圖。圖中
1-橡膠板加固，2-高錳鋼板加固，3-錨筋混凝土加固，4-噴射混凝土加固，11-混凝土，12-橡膠板，13-第一錨爪，14-鋼筋，15-第一襯板，21-第二錨爪，22-工字鋼，23-錳鋼板，24-混凝土，25-鋼筋，26-第二襯板，31-混凝土，32-主筋、33-錨桿34-輔筋。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。實(shí)施1 以70米深的地下礦山采區(qū)溜井加固
首先，卸礦下的IOm范圍內(nèi)為第一沖擊破壞區(qū)域，該區(qū)域沖擊破壞主要受法向載荷沖擊作用，采用橡膠板的加固方式；將第一襯板15通過第一錨爪13固定在混凝土井壁11上， 第一錨爪13之間設(shè)有第一鋼筋14加固，再將尺寸為600mmX 400mm，厚度為40mm的橡膠襯板單體通過螺栓固定在第一襯板15上，對(duì)第一沖擊區(qū)域進(jìn)行加固(如圖2所示)；
其次，卸礦口下的25m 40m范圍內(nèi)為第二沖擊破壞，該區(qū)域沖擊破壞主要受切向沖擊載荷作用，采用高錳鋼板的加固方式具體參數(shù)如下
先將第二襯板23與14#工字鋼22焊接固定在第二錨爪21上，第二錨爪21之間設(shè)置第二鋼筋25加固，再將厚度12mm的16Mn鋼板沈通過螺栓固定在第二襯板23上，然后向第二襯板23與井壁之間的空隙澆注標(biāo)號(hào)為C25的混凝土對(duì)，對(duì)第二沖擊區(qū)域進(jìn)行加固；
其余為磨損破壞區(qū)域，根據(jù)磨損破壞區(qū)域的圍巖穩(wěn)定性狀況，穩(wěn)定性較差時(shí)采用噴射混凝土加固，穩(wěn)定性較好時(shí)就不支護(hù)。一般的礦山礦體內(nèi)斷層破碎帶較多，有些溜井的布置必須穿過破碎帶，因此在井壁與斷層交匯的地方很容易遭到破壞，必須進(jìn)行高強(qiáng)度的加固，設(shè)計(jì)采用錨筋混凝土加固， 具體參數(shù)如下
在直徑為3600mm的溜井掘進(jìn)的毛斷面上，采用下降式分段施工，每段高度不大于 3000mm，澆灌厚度為300mm的標(biāo)號(hào)為C25的混凝土 ；
為充分發(fā)揮砂漿錨桿的抗剪切能力，設(shè)計(jì)錨桿孔下傾15°，錨桿長(zhǎng)度為2000mm，其中注漿部分1800mm，外露200mm。錨桿選用直徑為20的普通螺紋鋼筋，錨桿布置的密度為 500mmX 500mm,其平面投影呈環(huán)形放射狀布置，并采用單層配筋方式，主筋與輔筋均選用直徑為18的普通螺紋鋼筋，間距為250mmX 250mm，主筋與輔筋之間以及主輔筋與抗剪錨桿之間均采用綁扎的形式連接。
權(quán)利要求
1. 一種地下礦山采區(qū)溜井加固的方法，其特征在于，具體包括以下步驟根據(jù)卸礦過程中礦石在溜井中的運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)合采區(qū)溜井的高度和溜井的直徑大小和礦石對(duì)井壁產(chǎn)生的沖擊作用性質(zhì)和沖擊破壞區(qū)域，據(jù)此在垂直方向?qū)⒘锞畡澐譃榈谝粵_擊破壞區(qū)域、第二沖擊破壞區(qū)域、斷層破碎帶區(qū)域和磨損破壞區(qū)域，采取不同形式進(jìn)行加固； 第一沖擊破壞區(qū)域第一沖擊區(qū)域主要是受法向沖擊載荷作用，先第一襯板(15)通過第一錨爪(13)固定在混凝土井壁(11)上，所述第一錨爪(13)之間設(shè)有第一鋼筋(14)加固，再將橡膠板(12) 通過螺栓固定在所述第一襯板(15)上，對(duì)第一沖擊區(qū)域進(jìn)行加固；其中，所述橡膠板大小為600mmX 400mm，厚度為40mm的橡膠板單體組成； 第二沖擊破壞區(qū)域第二沖擊區(qū)域的主要受切向沖擊載荷作用；先將第二襯板(23)與工字鋼(22)焊接固定在第二錨爪(21)上，所述第二錨爪(21)之間設(shè)置第二鋼筋(25)加固，再將錳鋼板(26) 通過螺栓固定在所述第二襯板(23)上，然后向第二襯板(23)與井壁之間的空隙澆注混凝土(24)，對(duì)第二沖擊區(qū)域進(jìn)行加固；其中，混凝土(24)的標(biāo)號(hào)為C25，第二鋼筋(25)為普通螺紋鋼筋，工字鋼(22)為14#工字鋼，錳鋼板(26)為厚度12mm的16Mn鋼板； 斷層破碎帶區(qū)域在直徑為3600mm的溜井掘進(jìn)的毛斷面上采用下降式分段加固，每段高度不大于 3000mm，澆灌厚度為300mm的混凝土(31)，在所述混凝土(31)上布置平面投影呈環(huán)形放射狀密度為500mmX 500mm，下傾15°的錨桿孔，所述錨桿孔內(nèi)設(shè)置長(zhǎng)度為2000mm的錨桿 (33)，其中注漿部分1800mm，外露200mm ；并采用單層配筋方式設(shè)置主筋(32)和輔筋(34)， 所述主筋(32)與輔筋(34)間距為250mmX250mm，所述主筋(32)與輔筋(34)之間以及主筋(32)、輔筋(34)、錨桿(33)之間均采用綁扎的形式連接，對(duì)斷層破碎帶區(qū)域進(jìn)行加固；其中，錨桿(33)為直徑為20的普通螺紋鋼筋；主筋(32)與輔筋(34)均選用直徑為18的普通螺紋鋼筋；磨損破壞區(qū)域根據(jù)磨損破壞區(qū)域的圍巖穩(wěn)定性狀況，穩(wěn)定性較差時(shí)采用噴射混凝土加固，穩(wěn)定性較好時(shí)就不支護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明一種地下礦山采區(qū)溜井加固的方法，屬于金屬礦山開采與巖土工程加固領(lǐng)域，其實(shí)質(zhì)是充分考慮卸礦過程中礦石在溜井中的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)采區(qū)溜井的高度和溜井的直徑大小，采用模型實(shí)驗(yàn)和理論分析的方法，確定礦石對(duì)井壁產(chǎn)生的沖擊作用性質(zhì)和沖擊破壞區(qū)域，據(jù)此在垂直方向?qū)⒘锞畡澐譃榈谝粵_擊破壞區(qū)域、第二沖擊破壞區(qū)域、斷層破碎帶區(qū)域和磨損破壞等四個(gè)受力區(qū)域，采取不同形式進(jìn)行加固。該方法特別適用松軟、破碎圍巖條件下的采區(qū)溜井加固，可以顯著延長(zhǎng)溜井的服務(wù)年限，具有施工安全、簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21D5/12GK102226397SQ201110131938
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者宋衛(wèi)東, 杜建華, 杜翠鳳, 王洪永 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)