甲玛溜井加固方案评审修改.doc

华泰龙矿业公司1#溜井地面塌陷及井筒破坏治理方案及施工费用概算西藏华泰龙矿业开发有限公司长沙有色冶金设计研究院有限公司2015-9-1817目 录1 溜井工程概况31.1 1#溜井原结构概述31.2 1#溜井井壁破坏及地面塌陷现状62 1#溜井井壁破坏及地面塌陷原因分析93 1#溜井井壁破坏及地面塌陷的治理方案104 1#溜井井壁破坏及地面塌陷的治理方案参数设计134.1 1#溜井井壁修复与加固断面及参数134.2 溜井壁后及井口帷幕注浆参数165 1#溜井井壁破坏及地面塌陷的治理方案费用概算166结论及注意事项171 溜井工程概况西藏华泰龙矿业开发有限公司（下称“华泰龙公司”）是中国黄金集团公司直属的控股子公司，2007年12月9日在西藏自治区注册成立，华泰龙公司开发建设甲玛铜多金属矿采选技术改造工程项目。甲玛矿区位于拉萨市墨竹工卡县甲玛乡境内，距拉萨市68公里，海拔4000-5407米，矿权面积144平方公里。2010年7月19日甲玛项目一期工程（6000吨/日）正式投产运行。1.1 1#溜井原结构概述华泰龙公司1#溜井井筒为竖井，设计净直径4.0m，井深161.038m（标高4261.44100.362m），井颈段标高至4241.925m，距地表轨面深度为19.475m，1#溜井从上至下结构依次为：（1）10m固定式矿车翻笼卸矿站基础梁；为钢筋混凝土结构，通过300mm厚楼板与翻笼卸载站混凝土框架相连。翻笼卸载站轨面标高为4261.4m。（2）翻笼卸载缓冲坑；缓冲坑净尺寸为长宽深=7.22.25.0m，采用400mm厚钢筋混凝土支护，缓冲坑四周及底板矿石冲击部位均衬有钢板，其中两侧面及底面直接冲击部位采用50mm厚ZGMn13高锰钢衬板，两端面采用20mm厚Q345b钢衬板。（3）中心落矿结构；为钢筋砼结构，亦作为1#溜井锁口，上段开口净尺寸为2.22.2m方形，高度为2m。（4）溜井井颈段；高度共10m，为钢筋混凝土结构，净直径4000mm，厚度400mm，上段5m内衬20mm厚Q345b钢衬板。（5）溜井正常段；净直径4m，高度124.831m。设计为裸井，后考虑施工安全，变更设计为50mm素喷。（6）矿仓段；喇叭口高度1.732m，矿仓高度15m，共16.732m。矿仓净直径6.0m，采用400mm厚钢筋混凝土支护，矿仓下部8m高度内衬50mm厚ZGMn13高锰钢衬板。另外，原矿转运系统回风井（净直径3.0m，标高4261.1504094.754m）分别在标高4191.924m（距卸载站轨面约70m）、4119.924m（距卸载站轨面约142m）处通过溜井检查道与1#溜井贯通。两条溜井检查道作为1#溜井生产维护及检修、堵塞处理等的通道。1#溜井原结构详见附图1。图1 1#溜井原结构图 1.2 1#溜井井壁破坏及地面塌陷现状 2015年09月06日下午，1#溜井出现地表塌陷现象，其后几日中金国际、长春黄金设计院、长沙有色冶金设计院、甘肃蓝野建设监理公司及华泰龙公司相关领导、技术人员通过现场踏勘、下放测线及摄像头观测、测量及沉降观测，并于2015年09月11日和09月13日召开了专题会议，对1#溜井塌陷现状形成以下结论（详见西藏华泰龙矿业开发有限公司1#溜井地表塌陷治理专题会会议纪要调度专题会议纪要2015016号）：（1）利用摄像头观测到距井口27.6m38.2m（未支护段井筒）处井筒见光，井壁出现一不规则椭圆形漏洞，井内基本无水；（2）第一条检查平巷(距离井口70m)见光，有风，第二条检查平巷（距离井口140m）已被渣石堵塞。（3）地测部重新测量塌陷坑上表面面积约为108m2，下表面面积约为4m2，深度约为38m，塌陷体方量约为1682.9m3。（4）井内渣面距井口高度约为100m，塌落至井内的渣石及之前井内所填充的矿石总高度约为60m，方量约为1170 m3，占塌陷体方量的69.52% 。（5）距离井口38.2m以下井筒基本完好，无破损，未发现溶洞。（6）自9月6日以来对塌陷区构筑物（立柱、轨道面）每日实施监测，纵向位移均在误差范围内，无明显沉降现象。1#溜井井壁破坏及地面塌陷示意详见附图2。1#溜井地面塌陷现场照片图2 1#溜井井壁破坏及地面塌陷示意图2 1#溜井井壁破坏及地面塌陷原因分析2015年09月13日1#溜井地表塌陷治理专题会议上，与会专家小组成员根据1#溜井井壁破坏和地面塌陷的情况以及2#溜井类似现象分析，其产生的破坏机理复杂，并非由单一的某个因素引起，而是由井筒周围的工程地质条件、放矿过程中矿石对井壁的冲击、井筒结构、以及地面降水等因素长期与综合作用的结果。溜井塌陷方向井筒或存在一近地表的小溶洞或破碎带，随着井筒的不断刷大，加之翻笼卸下的矿石冲刷此处井壁破碎岩体后，逐渐垮塌（逐步垮冒的井壁破碎围岩混入溜井矿石进入选矿流程，因此出现了井内填充渣石占塌陷体方量69.52%的情况），长期作用下造成井筒与小溶洞或破碎带逐步贯通，再加上近期雨季造成地表水渗入垮塌区域，进一步削弱了浅层回填土及溜井井壁附近破碎围岩的自稳能力。在各因素长期与综合作用下，溜井局部破碎围岩逐步与地表回填层垮通，形成从地表至溜井局部的垮塌自溜通道，塌陷体直井壁漏洞滑落至溜井内堆积。具体原因分析如下： （1）工程地质条件较差是溜井井壁破坏和地面塌陷的先天条件：岩性条件是影响溜井稳定的最主要的因素之一，完整而强度高的围岩具有较高的抗拉、剪性能，当井筒开挖后，其卸荷松动范围小，井壁围岩承载能力高，抗冲击能力也较强。而软弱破碎的岩体不但卸载松动圈大，抗冲击破坏的能力更低，特别是1号溜井靠近堆积边坡，地表回填土层较松散。近地表井壁围岩风化程度高，结合2#溜井治理工程所揭露出的地质情况，矿区地表岩溶结构较发育。因而工程地质条件差是1#溜井破坏和地面塌陷的主要原因之一。（2）放矿冲击载荷是溜井井壁破坏和地面塌陷的诱因：满井放矿条件下，矿石在井筒中运动是以一种散体形式在自重作用向下流动，溜矿对井壁破坏力小。但空井状态下矿岩是无规则的自由落体近似椭球体运动，矿岩在下落过程中对井壁冲击很大。当这个力超过井壁构成的介质强度时就对井壁产生破坏。载荷冲击破坏能量与卸矿方式、矿石硬度块度及溜井中矿岩存储高度等因素密切相关。根据室内与现场的大量研究，矿石下落冲击能量与距离和速度成正比，卸矿速度快、块度大对井壁的破坏也大。大量测定结果表明，冲击载荷产生的第一次冲击破坏一般在卸矿点以下40 m的范围内，与本次溜井井壁破坏范围（距井口27.6m38.2m）相符。（3）井壁的支护强度低、井壁后面可能存在溶洞或破碎带：井筒的破坏与其支护体的强度密切相关，支护体是抵抗矿石冲击的主体，如支护体强度高、整体性好，通常在溜矿过程中不易出现破坏。1#溜井井壁破坏部位采用50mm厚素喷层支护，50mm素喷层仅能保证施工安全，在溜井正常放矿初期素喷层即破坏。由于溜井附近围岩内可能存在施工过程未揭露的溶洞或破碎带，造成井壁与围岩体不能形成有效坚固的承载结构，井壁围岩抗冲击能力差。结合2#溜井治理揭露出的地质现象，溜井井壁后面可能存在的溶洞或破碎带，为地面塌陷提供了一定的塌陷通道和空间。（4）翻笼卸载站地表回填层结构疏松，成为塌陷体：翻笼卸载站地表35m深度范围内为回填层，其结构疏松，胶结性差，在外部荷载变化、下部空洞、地表渗水及地下水的作用下容易成为塌陷体。 3 1#溜井井壁破坏及地面塌陷的治理方案针对1#溜井出现井壁破坏和地面塌陷的现状，其治理主要有两种方案：方案1是加固破损部位及其附近的井壁结构，充填地面塌陷区域，重新恢复1#溜井功能，达到今后安全可靠的使用目的；方案2是在附近重新开凿1条新溜井替代1#溜井。考虑到地面翻笼卸载站及溜井矿仓和装矿硐室造价、工期因素，以及新掘溜井与上、下现有运矿线路衔接的问题，暂不考虑新掘溜井。结合2015年09月13日1#溜井地表塌陷治理专题会议讨论成果，现将溜井井壁破坏与地面塌陷的治理方案详述如下：（1）溜井矿石回填。在确定溜井没有堵塞的前提下，拆卸井口翻车机，向溜井内填充矿石至距井口26m高度内，即填充矿石高度超过井壁破损洞口约1m高，使得填充矿石封堵住溜井井壁破损部位（距井口27.6m38.2m深度范围内）。拆卸井口翻车机、向溜井内填充矿石应尽量避免扰动溜井井筒上部结构，全过程应密切监测翻笼机轨面及卸载站基础的沉降位移，施工前及施工过程中做好完善的安全保障措施及应急预案，确保施工安全及溜井井筒上部结构稳定，避免发生大的次生灾害造成不可挽回的损失。（2）回填处理塌陷空区。向地表塌陷空区内投放尺寸合适预先焊接好的钢筋笼，再填充C15混凝土覆盖钢筋笼，随后用渣石填满塌陷空区。初步确定钢筋混凝土最终浇筑面应高于溜井井壁破损上口15m以上，钢筋砼浇筑面标高应根据施工期间揭露的井壁围岩破碎情况适当调整。翻笼卸载站框架柱基础下部应回填密实，当回填地基难以达到原设计的280kPa地基承载力时建议用C15混凝土砌筑。在围岩情况难以明确及条件允许时，为确保溜井后期使用安全，可全部采用C15混凝土填满塌陷空区。（3）溜井井壁修复与加固。在溜井口安装施工井架及提升系统，先将溜井内矿石堆放到距井口轨面20m高度左右（即溜井钢筋砼支护与裸井的分界处），然后井底放矿，溜井内逐步下降的矿石面作为施工平台进行井壁修复作业，实施逐层加固，每层加固高度不得超过2m。结合2#溜井修复工程及其余矿山类似工程的的相关经验，拟采用钢筋钢纤维混凝土并内衬耐磨钢板的方式进行井壁加固，支护深度至溜井第一个联络道口（距井口70m）为止。（4）注浆加固。根据施工实际情况，决定是否要实施溜井壁后及井口帷幕注浆。详见附图3。（1）溜井矿石回填（2）回填处理塌陷空区（3）溜井井壁修复与加固图3 1#溜井井壁破坏及地面塌陷的治理方案示意图4 1#溜井井壁破坏及地面塌陷的治理方案参数设计4.1 1#溜井井壁修复与加固断面及参数图4 1#溜井井壁修复与加固断面图考虑溜井、矿仓根据1#溜井使用的具体特点是抵抗溜放矿石的长期冲击与摩擦，为确保溜井井壁的长期安全稳定,设计1#溜井井壁修复与加固采用现场浇注钢筋钢纤维混凝土并内衬耐磨钢板形式, 1#溜井井壁修复与加固断面详见附图4。钢纤维混凝土强度等级为CF30。4.1.1 钢纤维的参数选择钢纤维混凝土就是在普通混凝土基体中掺入适量短钢纤维和添加剂而形成的可浇筑混凝土基复合材料。在混凝土中掺入适量乱向分布的短钢纤维后，为混凝土提供了微型配筋，其主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展，增强与混凝土之间的握裹力和锚固力，有效地改善了混凝土机体的微观结构，使混凝土在抗拉、抗剪、抗弯强度及抗爆、耐磨、抗冲击、抗裂等性能方面都有显著提高，同时使结构的刚度及承载力等各项性能也有所较大改善。另外，钢纤维的存在，减小了混凝土碳化收缩的不利影响，对混凝土的碳化起到了抑制作用。使原本呈脆性的混凝土材料成为一种具有一定塑性性能的复合材料，从而使钢纤维混凝土从本质上区别于普通混凝土。钢纤维混凝土的制配与施工遵循纤维混凝土结构技术规程（CECS38：2004）有关条款执行。钢纤维混凝土的增强效果与钢纤维的长度、直径、长径比有关。钢纤维增强作用随长径比增大、单位重量的钢纤维数量越多而提高。钢纤维长度太短起不到增强作用，太长施工困难，影响拌和质量，直径过细在拌和时易弯折，过粗则在同体积率时，其增强效果差。应以搅拌时不结团、不折断，混凝土破坏时不被拔出为宜。 钢纤维混凝土的材料选择及配合比：（1）钢纤维的选择钢纤维尺寸过大、过小或有表面缺陷，均会影响混凝土的和易性和力学性能。经比较推荐选用上海贝卡尔特二钢有限公司佳密克丝RC80/50-BN型，钢纤维要求两端弯曲粘结成排，长度50mm，长径比80，抗拉强度1100MPa，掺量详见图4中所示。此类产品采用水溶性胶水将单根钢丝纤维粘结成排的技术，可保证纤维在混凝土中搅拌、分散均匀、不出现结团现象。（2）水泥：选用产量大、质量稳定的425号普通硅酸盐水泥，与外加剂适应性良好。（3）细骨料：选用当地天然优质河砂。 （4）粗骨料：钢纤维用的粗骨料，应选用质地坚硬、级配良好的碎石。粒径过大或过小，都会影响钢纤维在混凝土中均匀分布及其增强的效果。其粒径规格为520mm，粗骨料的最大粒径不宜大于钢纤维长度的2/3。（5）钢纤维混凝土配合比施工时结合钢纤维厂家提供配比并送实验室进行实验调整。 4.1.2 耐磨钢板的参数选择1#溜井内衬钢衬板采用布氏硬度400级的耐磨钢板，耐磨钢板耐磨性及其他力学性能参考山东宝华耐磨钢有限公司NM400钢板。NM400是高强度耐磨钢板,具有相当高的机械强度;其机械性能是普通低合金钢板的3倍到5倍;可显著提高钢板的磨损耐性,因此提高溜井的使用寿命; NM400耐磨钢板表面硬度通常达到360450HB。高锰钢衬板(Mn13)抗冲击磨损性能好,并且有冲击硬化特性,但焊接性能差,不宜固定。普通锰钢板（Q235、Q345）易焊接冷弯，但抗冲击磨损性能相对较差。经综合比较普通锰钢板（Q235、Q345）、NM400耐磨钢板、高锰钢衬板(Mn13)的优缺点，1#溜井内衬钢衬板推荐采用布氏硬度400级的耐磨钢板。为保证焊接质量，耐磨钢衬板锚栓采用圆柱头焊钉，圆柱头焊钉应符合现行国家标准圆柱头焊钉GB/T 10433的规定。耐磨钢衬板根据施工要求可以切割，但不宜太小。每平米钢衬板的焊钉数量不少于20个。溜井耐磨钢衬板推荐等分成3片，下放到工作面后焊接拼接成一个完整的圆。结合类似矿山溜井钢衬板固定的相关经验教训，不推荐采用焊短钢筋的固定方式。、本溜井系统工程是矿山安全、持续生产的咽喉工程之一。根据国内外溜井施工和生产管理的实践经钢纤维（钢丝切断型）焊钉锚固衬板4.2 溜井壁后及井口帷幕注浆参数根据施工实际情况，决定是否要实施溜井壁后及井口帷幕注浆。溜井壁后及井口帷幕注浆参数参照华泰龙矿业公司2#溜井地面塌陷及井筒破坏治理方案及施工费用概算选择，本文不再赘述。出和建议：5 1#溜井井壁破坏及地面塌陷的治理方案费用概算本工程根据市场行情，并参照前期2#溜井井筒修复施工单价进行概算。序号分部工程名称分项工程名称工程量施工单价（元）施工费用（元）备注单位数量1溜井矿石回填井内矿石充填 m310005050000井口翻笼机拆卸、安装次12000002000002回填处理塌陷空区钢筋笼吨158000120000C15砼m317004006800003溜井井壁修复与加固钢筋吨24.510000245000C30砼m33302000660000含模板施工费等钢纤维吨13