溜井垮塌分析与治理方案.pdf
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1、第 卷第期有色金属(矿山部分)年月 d o i:/j i s s n 溜井垮塌分析与治理方案李进华(云南锡业股份有限公司大屯锡矿,云南 个旧 )摘要:主溜井系统是矿山重要的转运系统,是矿山的“咽喉”所在,主溜井的垮塌破坏,严重影响矿山的安全生产.针对大屯锡矿大马芦矿段现阶段使用的主溜井系统垮塌破坏情况,通过采用S L AM三维扫描仪扫描,准确获取了溜井的三维形态、垮塌空间位置和实际边界.结合溜井实际应用情况,综合研究分析溜井系统垮塌原因,有针对性地提出了修复溜井和新建溜井系统两个方案,从方案设计的可行性、投资成本、施工过程中的安全风险等多方面对两个方案进行对比分析论证,最终确定了新建溜井为最佳
2、的经济可行技术方案.关键词:主溜井;垮塌破坏;三维扫描;新建溜井;经济可行中图分类号:T D 文献标志码:A文章编号:()C o l l a p s ea n a l y s i sa n dt r e a t m e n t s c h e m eo f c h u t eL I J i n h u a(D a t u nT i nM i n e,Y u n n a nT i nI n d u s t r yC o,L t d,G e j i uY u n n a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h em a i nc h u t e s y s t e mi
3、sa n i m p o r t a n t t r a n s f e r s y s t e ma n dt h e t h r o a t o f t h em i n e T h e c o l l a p s ea n dd e s t r u c t i o no f t h em a i nc h u t es e r i o u s l ya f f e c t t h es a f e t yp r o d u c t i o no f t h em i n e A c c o r d i n gt ot h ec o l l a p s ef a i l u r eo ft
4、 h em a i nc h u t es y s t e mi nt h eD a m a r us e c t i o no fD a t u nT i nM i n e,t h et h r e e d i m e n s i o n a lm o r p h o l o g y,c o l l a p s es p a c ep o s i t i o n,a n da c t u a lb o u n d a r yo ft h ec h u t ea r eo b t a i n e da c c u r a t e l yb yu s i n gS L AM t h r e e
5、d i m e n s i o n a ls c a n n e r C o m b i n e dw i t ht h ea c t u a l a p p l i c a t i o no f t h ec h u t e,t h ef a i l u r ec a u s eo f t h ec h u t es y s t e mi sc o m p r e h e n s i v e l ys t u d i e da n da n a l y z e d,a n dt w os c h e m e so fr e p a i r i n gt h ec h u t ea n db
6、u i l d i n gan e wc h u t es y s t e ma r ep u tf o r w a r d F r o mt h ef e a s i b i l i t yo f t h e s c h e m ed e s i g n,i n v e s t m e n t c o s t,s a f e t yr i s k i nt h e c o n s t r u c t i o np r o c e s s,a n do t h e r a s p e c t so f t h e t w os c h e m e sa r ec o m p a r e da
7、n da n a l y z e d,a n df i n a l l yd e t e r m i n e dt h a tt h en e wc h u t ei st h eb e s te c o n o m i ca n df e a s i b l et e c h n i c a l s c h e m e K e yw o r d s:m a i np a s s;c o l l a p s e f a i l u r e;Ds c a n n i n g;n e wp a s s;e c o n o m i c a l l yf e a s i b l e收稿日期:基金项目:
8、国家自然科学基金地区基金资助项目()作者简介:李进华(),男,采矿高级工程师,主要从事采矿技术管理.E m a i l:q q c o m.溜井是金属地下矿山开采中重要的矿石转运系统工程,是利用矿石自重从上部阶段往下部阶段运输水平溜放矿石的井巷工程,是地下采矿用于存储、溜放矿石的主要通道.作为地下金属矿山转运矿岩的“咽喉”工程,其稳定通畅与安全使用直接影响 矿山 的 正 常 生 产.在 生 产 使 用 过 程中,卸矿荷载不断冲击井壁,对井壁的冲击磨损较大,再加上溜井管理不到位,储矿高度长时间没有达到管理要求,使用不合理,导致溜井井筒受损严重.溜井最容易损坏的部位为分支溜井与主溜井连接部位,当溜
9、井井筒局部出现片帮垮落后,会加速整个溜井的横向和纵向的垮塌破坏,不仅会有大块产生堵塞溜井,而且随着垮塌区域的不断增大,上部阶段的卸矿平巷会在下部垮塌区域的移动范围内,造成上部阶段卸矿平台存在安全隐患,严重威胁矿山的安全和生产.大马芦矿段溜井系统已服务 年以上,经过多年使用,溜井井筒已出现了不同程度垮塌,结合大马芦矿段实际情况,经过综合研究分析,提出了两个技术方案,一个是采用混泥土回填的技术方案,另一个是新建一套溜井系统,为后续大马芦矿段安全生产提供保障.有色金属(矿山部分)第 卷 溜井使用现状大马芦矿段矿岩从 中段运出,至 中段有、溜井,至 中段有、溜井.、溜井服务于 中段、中段、中段、中段、
10、中段、中段、中段.溜井高度为 m,井脚在 中段,井头在 中段;、溜井高度为 m,井脚在 中段,井头在 中段.、溜井服务于 中段、中段、中段、中段.、溜井高度为 m,井脚在 中段,井头在 中段;、溜井高度为 m,井脚在 中段,井头在 中段.溜井直径均为m,储矿段在井脚,直径为m,高度为 m.工程地质原溜井的围岩位于三叠系中统个旧组碳酸盐类工程地质岩组中,该岩组厚度巨大,大于 m,其岩性主要由厚层状白云岩、灰质白云岩与白云质灰岩、灰岩等组成,局部可夹薄层状含泥质灰岩.该类岩石大部分已变质为细晶微晶大理岩,呈致密块状,完整坚固,抗风化力强.岩石比重在 ,抗压强度一般在 MP a,属坚硬半坚硬岩组,岩
11、石稳固性较好,在此岩组中开拓的巷道、硐室,除局部风化破碎的泥质灰岩岩层外,一般不需支护.溜井垮塌情况扫描大马芦矿段在实际生产过程中,从溜井内矿(废)石存放块度等方面表明部分溜井内部发生了不同程度的磨损破坏,为了更好地掌握溜井内部的磨损破坏情况,采用S L AM三维激光扫描仪对破坏比较严重的、溜井进行了扫描.通过对采集的数据进行了点云数据解算、坐标转换,建立了溜井模型,模型建完后施工钻孔进行了再次验证,结果表明,工程建设直径m的溜井破损最严重位置的宽度已达 m.、溜井垮塌现状 溜井井筒直径已从m平均垮塌至 m,最大的垮塌宽度为 m(图),体积已从 m垮塌至 m;溜井井筒直径已从m平均垮塌至 m,
12、最大的垮塌宽度为 m(图),体积已从 m垮塌至 m;溜井井筒直径已从m平均垮塌至 m,最大的垮塌宽度为 m(图),体积已从 m垮塌至 m.图 溜井剖面图F i g p a s sp r o f i l e图 溜井剖面图F i g p a s sp r o f i l e第期李进华:溜井垮塌分析与治理方案图 溜井剖面图F i g p a s sp r o f i l e 、溜井垮塌现状 溜井、溜井、溜井、溜井剖面图见图、.溜井井筒直径已从m平均垮塌至 m,最大的垮塌宽度为 m,体积已从 m垮塌至 m;溜井井筒直图 溜井剖面图F i g p a s sp r o f i l e径已从m平均垮塌至
13、m,最大的垮塌宽度为 m,体 积 已 从 m垮 塌 至 m;溜井井筒直径已从m平均垮塌至 m,最大的垮塌宽度为 m,体积已从 m垮塌至 m;溜井井筒直径已从m平均垮塌至 m,最大的垮塌宽度为 m,体积已从 m垮塌至 m.图 溜井剖面图F i g p a s sp r o f i l e图 溜井剖面图F i g p a s sp r o f i l e有色金属(矿山部分)第 卷图 溜井剖面图F i g p a s sp r o f i l e 溜井垮塌原因分析 矿岩撞击井壁位置集中碰撞位置没有设置缓冲层或者采取支护措施是井壁产生损伤破坏的根本原因,特别是碰撞点过于集中又加速了溜井破坏.分支溜井的
14、倾角固定时,进入溜井的矿岩经过格筛后,块度相对固定,根据矿岩在溜井中的运动轨迹特征,矿岩在溜井井筒中运动产生的冲击力和摩擦力作用于井壁上相对固定的一个高度范围,这个位置的井壁断面会不断扩大,当扩大到一定程度时,溜井井壁丧失稳定,则溜井就会出现大面积片帮塌方.空井高度过高溜井放矿使用过程中,不能满井放矿,是造成溜井井壁受冲击破坏的原因之一.、溜井同时使用的中段为个,、溜井同时使用的中段为个.多中段的同时使用意味着储矿高度不能超过最低中段,、溜井空井高度会超过 m,、溜井空井高度会超过 m,上部中段在卸矿过程中矿岩与井壁之间大概率会有多次来回碰撞冲击,矿岩到达储矿段顶部位置时,冲击载荷通过作用在溜
15、井中矿岩面,局部的冲击力被瞬间分散、扩展,通过矿岩颗粒间的接触撞击位置向四周、自上而下进行传递,最终传递在溜井侧壁上,造成溜井井壁反复磨损而失稳垮落.矿岩块度得不到控制矿岩块的块度越大,其质量越大,在溜井中下落时所具有的重力势能也越大,对溜井造成的冲击损伤也越大.采场在出矿过程中没有严格控制出矿块度,溜井格筛过大,是大块进入溜井的主要原因,大块矿石对溜井井壁的冲击能力非常大,破坏能力非常强.爆破法处理堵塞溜井井筒结拱堵塞后采用爆破法对溜井堵塞位置进行处理,用药量不能进行计算,只能凭经验使用炸药量,有时因用药量过多,产生较大的爆破地震和冲击波,对溜井井壁产生了较严重的破坏.有时因结拱高度较高,溜
16、井堵塞的存矿过多,结拱矿石爆破处理后,大量矿石突然柱塞状向下急剧运用,产生巨大的压缩气流和摩擦力,井壁在压缩气流和摩擦力的作用下,也对溜井井壁造成了较严重的破坏.通过总矿岩量溜井的磨损与溜井中通过的矿岩量有很大关系,通过总矿岩量越大,对溜井的磨损也越大.经过统计分析后,通过量大的溜井磨损也相对比较严重.因此通过的矿岩量也是影响溜井服务年限的一个重要因素.溜井方案选取和实施 溜井垮塌修复技术方案)低标号混凝土回填溜井.采用低标号混凝土对溜井进行充填,在充填混凝土前对各溜井所有巷道通口进行封闭,从每个溜井井头充填低标号混凝土,充填完的溜井要用相应的时间让混凝土达到相应强度要求,所有溜井充填完需要混
17、凝土 m.)天井钻机一次成井.在原溜井井头利用原硐室施工导向孔,施工到溜井井脚高度后拆下导孔钻头,安装扩孔钻头,从下往上扩直径为m的溜井.)采用高锰钢板对井壁加固.溜井井筒形成后,整个井筒井壁采用厚度为 mm的高锰钢板进行加固,高锰钢板在进入溜井之前直接加工为圆形,进入溜井后在分段对接位置进行焊接,连接成一个整体.新建溜井系统技术方案 溜井设计科学思路)最佳位置.溜井位置要选择在矿岩稳固性条件较好岩石中,同时要满足大马芦矿段三个生产区域的生产需求,而且总的运输工程要最小.第期李进华:溜井垮塌分析与治理方案)最佳技术指标.矿岩进入溜井时的初始运动方向对于矿岩块冲击井壁的位置影响较大,因此分支溜井
18、的倾角、长度要合理.在原溜井m直径的基础上加大至m溜井直径,适当加大溜井直径,减少矿岩与溜井井壁的碰撞或者减少密集碰撞区域.)根据矿岩在溜井中的运动轨迹,矿岩从每个分支溜井进入主井与主井第一次碰撞的位置设置高度为m的缓冲坑 (见图),在缓冲坑处采用高强材料进行加固,使其能够承受矿岩冲击,矿岩撞击至缓冲坑壁后落下或直接落至粉矿后,其动能被大幅减弱,第二次撞击时的破坏力将比较弱.图缓冲坑示意图F i g S k e t c ho fb u f f e rp i t 溜井方案设计根据大马芦矿段生产组织的需要,中段溜井分为两段进行设计,其中 中段为一段,设计溜井口,分别为、,直径为m,高度为 m,井脚
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