下行式置換新技術在柴胡欄子金礦豎井修復支護中的應用

摘要：豎井作為礦山的一項重大工程，對維持礦山安全高效生產起著至關重要的作用。為恢復柴胡欄子金礦1#豎井的提升能力，解決圍巖破碎對豎井穩定性的影響，以頂幫極度破碎的豎井整體全覆蓋錨固為出發點，針對埋藏較深、受地壓影響較為嚴重、上盤較為破碎的F1斷層，采用整體式混凝土、錨桿和金屬網、木模板等聯合支護的下行式置換新技術對1#豎井進行修復以恢復提升作業。結果表明：下行式置換新技術在柴胡欄子金礦1#豎井應用效果良好，不僅大幅縮短了修復工期，而且也顯著提高了作業安全性，為實現礦山生產經營目標發揮了重要作用。

關鍵詞：圍巖破碎;豎井;下行式置換;修復;聯合支護;穩定性

中圖分類號：TD352

文章編號：1001-1277（2020）02-0047-03

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20200209

引 言

隨著經濟快速發展，礦產資源開采正逐步向深部及復雜地帶轉移。赤峰柴胡欄子黃金礦業有限公司（下稱“柴胡欄子金礦”）于1986年建成并投產，目前有1#、2#、3# 3條豎井，隨著采礦工作逐步向深部擴展，受使用年限、高地壓、斷層破碎帶等的影響，原采用的單一木材支護方式已經無法滿足礦山安全生產要求。柴胡欄子金礦1#豎井20多年前建成，豎井巖體節理發育，較為破碎，且上盤為厚大的破碎帶，穩固性極差，使用時間長加上受地壓、應力作用等影響，

極易發生危險。目前，1#豎井已經開始出現井壁垮落、罐道梁變形的險情，導致1#豎井無法進行提升作業。因此，1#豎井恢復提升能力是該礦山發展過程中的瓶頸問題，亟需確定一種新的支護方式對其進行重新修復支護。

目前，國內外較成熟的3種井壁永久支護方式為：塊石或混凝土預制襯砌井壁;整體混凝土澆筑井壁;噴射混凝土或配合錨桿、鋼筋網聯合支護臨時或永久井壁。本文以柴胡欄子金礦1#豎井實際工程情況為背景，結合類似礦山豎井支護經驗，最終確定采用下行式置換新技術對1#豎井進行修復支護[1-10]，極大地縮短了修復支護時間，改善了豎井各項技術指標，提高了安全生產效率。

1 工程背景

柴胡欄子金礦位于內蒙古自治區赤峰市松山區初頭朗鎮境內。柴胡欄子金礦位于康保—赤峰—開源深大斷裂向北突出的弧形內側，礦區屬于低山丘陵地帶，地層比較簡單，巖漿活動頻繁，斷層構造十分發育。2019年3月18日，柴胡欄子金礦1#豎井井筒出現井壁垮落、罐道梁變形的險情，導致1#豎井無法進行提升作業，若1#豎井礦石向2#豎井進行倒運，由于運輸距離等原因，僅能倒運礦石100 t/d。2#豎井每日提升滿負荷為300 t/d，而目前2#豎井已是滿負荷運作，1#豎井向2#豎井倒運將影響2#豎井提升。由于1#豎井無法提升，將影響1#豎井的日提升礦量。為盡快恢復1#豎井的提升能力，提出了下行式置換新技術。

2 1#豎井修復支護

2.1 1#豎井概況

柴胡欄子金礦區主要的斷層構造為F1斷層，F1斷層走向320°，南西傾，傾角70°～75°，寬3～10 m。1#豎井距離F1斷層較近，1#豎井一中段通向二中段的中間被F1斷層穿插，該斷層發育大量構造片理和多種顏色的斷層泥，1#豎井在該段約20 m處出現垮塌現象。未恢復前1#豎井破壞情況見圖1。

由于豎井上盤厚大的斷層穩固性極差，破碎帶厚度平均7.5 m，導致極易發生片幫、冒落現象，破壞豎井空間。

2.2 下行式置換新技術

下行式置換新技術是以頂幫極度破碎的豎井整體全覆蓋錨固為出發點，針對埋藏深度較深、受地壓影響較為嚴重、上盤較為破碎的斷層，采用整體式混凝土、錨桿和金屬網、木模板等由上而下進行聯合支護的新方法。

2.3 施工過程

下行式置換新技術以鋼梁支護為基礎，每間隔4.0 m架設一道安全平臺，當恢復至破碎區域時，首先對破碎區域進行徹底排險，并對破碎區域進行錨網支護，每隔1.0 m對豎井的一側幫壁進行木撐支護，在豎井上下盤施工錨桿，采用36 mm圓鋼作為托固點（豎井頂底板各施工2根圓鋼），托固點里側采用鋼梁作為骨架，鋼梁里側采用木板備幫，每間隔1.0 m施工一道支撐圓木，鋼梁里側采用2.5 m木板進行備幫，木板與木板搭接0.25 m以上。最后，向縫隙內噴射混凝土，使其與井壁形成一個有機整體發揮永久支護的作用。混凝土完全凝固后，對豎井渣石進行徹底清理及豎井所有配置（如罐道木等）進行恢復，使之可以正常運行。

該方案實施時井下的各個作業面需尋找合適的渣石充填地點及礦石倒運地點，確保在修復期間保障1#豎井井下作業面盡可能正常運行，不至于停工。同時，在施工過程中還應注意以下幾點：

1）錨桿加固圍巖，并掛金屬網以阻擋巖幫碎塊下落。金屬網由16號鍍鋅鐵絲編織而成，用錨桿固定在井壁上。長度1.6 m，間距0.7～1.5 m。

2）在澆灌混凝土井壁時，必須使用木模板。木模板的作用是使混凝土按井筒斷面成型，并承受新澆混凝土的沖擊力和側壓力等。

3）混凝土的水灰比應控制在0.65以下，采用粒徑為2 mm的天然砂和粒徑為30～40 mm的碎石，使其擁有良好的顆粒級配。

2.4 優缺點

下行式置換新技術的優點主要有以下幾點：

1）改進了以往傳統對豎井的修復方案，使豎井頂幫形成統一的整體，穩固性明顯提高。

2）噴射混凝土井壁強度高，封水性能好，造價低。

3）噴射混凝土井壁的施工，從配料、上料、攪拌到混凝土的輸送、搗固，全部機械化施工，不僅降低了勞動強度而且提高了豎井修復速度。

4）井壁結構和施工工藝較其他方法施工簡單、速度快。

5）具有封閉圍巖，充填裂隙，增加圍巖完整性，防止風化的作用。

下行式置換新技術雖然對1#豎井提升能力的恢復效果顯著，但所需的支護材料繁多，產生的費用較大，同時支護材料不可回收再利用，浪費嚴重。

2.5? 應用效果

1）采用下行式置換新技術僅用19 d就完成了對1#豎井的修復支護工作，對柴胡欄子金礦生產經營目標的實現發揮了重要作用。

2）該方案較原計劃提前70 d恢復，每天影響出礦量按照200 t計算則為14 000 t，按照金價格270元/g，品位2.5 g/t計算，扣除全礦綜合成本393元/t，可創造經濟效益約為395萬元。

3）維修期間選用合適的路線對礦石進行轉運，每天轉運約100 t，按照70 d，金價格270元/g，品位2.5 g/t計算，扣除全礦綜合成本393元/t，則可獲得經濟效益約為197.5萬元。

因此，采用下行式置換新技術對1#豎井進行修復共可獲得經濟效益約為592.5萬元。

3 結 語

柴胡欄子金礦在成功應用下行式置換新技術對1#豎井的修復支護后，改善了1#豎井各項技術指標，確保了豎井運行安全，大幅提高了作業安全系數，同時有效提高了豎井支護施工進度，保證施工安全，減少工程浪費，獲得經濟效益約為592.5萬元。本次修復支護新技術為以后遇到同類型問題，提供了一種簡潔快速恢復豎井提升能力的方法。

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Application of new downward displacement technology

in the vertical shaft support in Chaihulanzi Gold Mine

Wang Dongyi

（Shandong Gold Financial Holding Capital Management Co.，Ltd.）

Abstract：As a major project of the mine，the vertical shaft plays a vital role in maintaining the safe and efficient production of the mine.In order to restore the lifting capacity of the 1# vertical shaft in Chaihulanzi Gold Mine and solve the problem of the impact of surrounding rock fragmentation on the stability of the vertical shaft，the new downward displacement technology with overall concrete，bolt，metal mesh and wooden formwork joint support is employed to repair 1# vertical shaft to restore its lifting operation in F1 fault which is buried deeper，more affected by ground pressure and has fragmented upper wall.The technology is set to fulfill the purpose to support the entire vertical shaft with extremely fragmented roof with bolts.The results show that the new downward displacement technology has a good application effect in the 1# vertical shaft of Chaihulanzi Gold Mine，which not only shortens the repair period significantly，but also significantly improves the safety factor of the operation，greatly serving the purpose of mine production and running.

Keywords：surrounding rock fragmentation;vertical shaft;downward displacement;repair;joint support;stability

收稿日期：2019-09-16; 修回日期：2019-12-10

基金項目：國家自然科學基金面上項目（51974359）

作者簡介：王棟毅（1989—），男，山東萊州人，工程師，博士，從事礦業經濟學及采礦技術研究工作;上海市浦東新區東方路12號保利廣場c座山東黃金，山金金控資本管理有限公司，200120;E-mail：610290370@qq.com