石人沟铁矿露天转井下开采坑底防渗治理技术

石人沟铁矿露天转井下开采坑底防渗治理技术

石仁沟矿区是河北省钢铁集团煤矿有限公司，成立于1975年。在初期，采用了露天开采，设计规模为150万吨吨。露天开采区南北长2.8公里，南北长2.8公里。28.18线为新区，18.8线为中心区，8线以北为西区。现露天开采已全部转为地下开采,生产能力110万t/a,露天开采形成的坑底位于中区12～18线,南北长516m,东西宽35～50m,坑底标高为2～-2m,坑底面积大约为20600m2,坑底被碎石和碎屑堆填,14～16线距露天坑底1.8～4m存在非法采空区。矿区所处区域地质构造位置为燕山沉降带马兰峪背斜轴部。矿床成因为铁硅质沉积建造受变质铁矿床,通称“鞍山式”铁矿。本区地层基岩为前震旦纪片麻岩系,属于马兰峪第一段,主要有黑云母角闪斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩和花岗片麻岩,磁铁石英岩为本区的矿体,此外尚有后期侵入的各种岩脉,对矿体稍有破坏。露天坑0m标高处的矿层顶板主要为黑云母角闪斜长片麻岩、角闪斜长片片麻岩,岩石中等风化,节理裂隙较发育。矿区褶皱构造简单,为单斜构造。断裂构造比较复杂,在12～18线无大规模断裂破碎带。矿区无大含水层,矿床顶底板片麻岩含水微弱。1雨季平均汇水石人沟铁矿露天坑总汇水面积为96.5万m2,该区域既要接受大气降水,又要汇集采场边坡及地下涌水,经计算(按10a一遇暴雨频率),雨季昼夜最大汇水量为8.52万m3,非雨季节平均汇水量为0.7万m3/d。由于14～16线非法采空区距离露天坑底1.8～4m,露天坑底的积水及西侧山上流下的水(外部小型尾矿库的水)通过岩石的裂隙流入非法采矿采空区,局部水流会通过采空区继续通过断层、节理和裂隙逐步渗透到井下,同时露天坑内工业场地在汛期极易被淹,影响矿山正常生产安全。2采空区容积计算露天采坑中区坑底12～18线受地方非法采矿影响,大致形成了4个空区。(1)12～13线非法采空区分南、北两部分,南采空区长40m,宽15m,高8m,采空区容积约4800m3;北采空区由2个小采空区组成,分别长约50m,宽6～8.4m,高平均8m,2个小采空区总容积为6000m3左右。本部分非法采空区总容积约10800m3。(2)13～14线非法采矿采空区未有现场详细勘察测量资料。根据相关资料可粗略的得到下列数据:长88m,北端宽12m,南端宽9m,高度大约4m,容积大约为3700m3。(3)14～16线非法采空区上部采空区长80m,宽15m,高10m,容积12000m3;下部采空区长30m,宽15m,高18m,容积8100m3;采空区总容积约20100m3。(4)17～18线非法采空区仅有其北部一部分在露天坑底下部,长约92m,宽约13m,洞高11～21m。3联合疏排水方案通过现场了解得知平时露天坑中水的主要来源为西侧山上流下的水(外部小型尾矿库的水),雨季时露天坑四周降雨汇集的雨水会对地下开采造成威胁。随着时间推移,非法采矿的采空区顶板有可能出现大面坍塌,若坍塌发生在雨季且在降雨强度较大时,积水面积较大,有可能引起地面水淹没地下矿井的严重事故。原采取了“同时设置露天采场排水疏干泵站与井下排水泵站”的联合排水方案,在露天采坑和井下根据开采标高、汇水区域及汇水量,设置固定泵站2座,浮船泵站1座,实现接力排水,共安装200D43×3排水泵13台。井下南、北区-60m水平,根据地下涌水量各设排水泵站1座,每座泵站各安装200D43×5多级排水泵5台。实践证明,采取上述联合疏排水方案,较好地满足了“过渡期”露天生产及井下施工的需要,达到了预期效果。为了安全度汛,现需要在坑底砌筑集水池及混凝土面层,并充分利用原有的露天采场排水疏干泵站和井下排水泵站。在露天采场16线处设置2台5.5型潜水泵,把集水池的积水抽入南部集水池中,实现接力排水。潜水泵必须定期进行检修并时刻投入使用。3.1管理范围和方案地图14～16线非法采空区已与露天坑底板形成多处透点,具体位置见图1,坑底剖面图见图2。3.2涂层设计由于露天坑底存在碎石堆,地势起伏比较大,露天坑下方有采空区的情况,决定了面层形式大体上分为2种情况。(1)如果图3显示两个#和3#孔的底砾石较高，则形成拱门或平面斜坡(2)土浇筑、配筋、8#200面层用C20强度等级的普通防水混凝土浇筑,均为200mm厚;采用构造配筋,均为ϕ8@200。变形缝横向纵向每20～30m设置一道。3.3侧壁土钉墙施工为了使混凝土面层和基坑接触为一个整体,在基坑底部为1.5m范围内的侧壁进行土钉墙施工。采用锚杆作为土钉,土钉长度为3.0m,孔径为30mm,入射角为10°,垂直间距为4.0m。土钉配筋为1ϕ20。护坡面层厚100mm,配筋为8@200方格状喷坡的护面层配筋。3.4集水池大小及搭接为方便接力排水,集水池设在原露天坑排水泵站北侧,集水池大小确定为3m×3m×1.5m,池底设0.6m×0.6m×0.5m水泵坑,四周混凝土面层坡度为2%,钢筋绑扎及搭接满足规范要求。4工程防护4.1表面施工4.1.1混凝土坍落度水泥∶砂∶石配比为1∶2.05∶3.34;水灰比为0.55;混凝土的坍落度宜控制为180mm左右;坍落度每小时损失值不应大于30mm,总损失值不应大于60mm。4.1.2绑扎钢筋的施工工程所有面层钢筋均采用I级钢筋,按配筋ϕ8@200施工。(1)做好钢筋绑扎前的除污、除锈工作。(2)绑扎钢筋时,应按设计规定留足保护层,且迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。应以相同配合比的细石混凝土或水泥砂浆制成垫块,将钢筋垫起,以保证保护层厚度,严禁用垫铁或钢筋头做保护层垫块。(3)钢筋应绑扎牢固,避免因碰撞、振动使绑扣松散,使钢筋移位,造成质量事故。4.1.3混凝土注水浇注前,应清除浇注范围内的积水、木屑、钢丝、铁钉等杂物,并以水湿润底板,然后进行浇注。4.1.4混凝土砌块混凝土必须采用高频机械振捣,不能漏振和超振,以混凝土泛浆和不冒气泡为准。4.1.5早期培养湿地混凝土的养护对其性能影响极大,特别是早期湿润养护更为重要,一般在混凝土进入终凝(浇筑后4～6h)即开始洒水养护,浇水湿润养护不少于14d。4.1.6填平防坠石破坏完工后的自防水结构,严禁在其上打洞。若结构表面有蜂窝麻面,应及时修补。修补时,应先用水冲洗干净,涂刷一道水灰比为0.4的水泥浆,再用水灰比为0.5的水泥砂浆(1∶2.5)填实抹平。本结构防坠石破坏能力较差,坠石造成的损坏应及时修补。同时若条件允许可在面层上覆盖少量碎石,以缓冲坠石的冲击而减少破坏。4.1.7变形缝混凝土的热胀冷缩导致了渗水通道的形成,需采用变形缝进行处理,并对变形缝进行氯酊漆混合物填充。4.2钉墙施工4.2.1钢筋笼锚入抗剪强度(1)为保证钢筋笼位于孔的中间,在钢筋笼的下侧焊接ϕ6mmU型支架。(2)为保证钢筋笼与面层的紧密结合,钢筋笼锚入面层的钢筋长度不少于600mm。(3)为保证钢筋笼嵌固段水泥对钢筋的握裹能力,钢筋笼的嵌固段用钢丝刷刷去泥土和蚀锈。4.2.2水泥熟缩与水泥浆配合(1)水泥浆的搅拌在输送泵能力许可的条件下尽量浓,水灰比控制在1∶0.5左右,以减少水泥的硬缩。(2)水泥浆中加入各膨胀剂和早