3.1 柔性加固技术:应对冲击磨损的缓冲策略
3.1.1 橡胶衬板 + 垫层坑加固工艺
在矿山溜井的加固技术体系中,柔性加固技术以其独特的缓冲性能,成为应对矿石直接冲击的有效手段,特别适用于矿石直接冲击的溜井段。其中,橡胶衬板与垫层坑相结合的加固工艺,在实际应用中展现出了良好的效果。
在卸矿口下方设置垫层坑,是这一工艺的关键环节。垫层坑的作用是储集碎矿,随着碎矿的不断堆积,在溜井底部自然形成一层天然的缓冲层。这层缓冲层就像一个巨大的 “海绵垫”,能够有效缓解矿石下落时的冲击力,减少对溜井井壁的直接冲击。当大块矿石从高处落下时,首先接触到垫层坑内的碎矿,碎矿之间的相互挤压和摩擦,将矿石的动能转化为热能和碎矿的变形能,从而大大降低了对井壁的冲击作用。
锡矿山南矿在多年的生产实践中,积累了丰富的溜井加固经验。基于对深部盲竖井工程条件的深入分析,该矿建议采用橡胶衬板加固形式。橡胶衬板具有良好的弹性,这一特性使其在应对矿石冲击时发挥着重要作用。当矿石冲击橡胶衬板时,橡胶的弹性变形能够吸收大量的冲击动能,就像一个弹性弹簧,在受到外力冲击时发生形变,将冲击能量储存起来,然后再缓慢释放。这种弹性吸收作用,能够显著降低井壁的磨损速率。通过实际观测和数据统计,采用橡胶衬板加固后,井壁的磨损速率相较于未加固前降低了约 40% - 60% 。这一数据充分证明了橡胶衬板在减少井壁磨损方面的显著效果。
这种加固工艺尤其适用于围岩较稳定但冲击荷载大的工况。在一些矿山中,虽然溜井周围的围岩稳定性较好,但是由于矿石的硬度大、块度大,以及溜放高度较高等原因,溜井所承受的冲击荷载非常大。在这种情况下,传统的刚性支护结构往往难以承受矿石的反复冲击,容易出现破裂、剥落等问题。而橡胶衬板 + 垫层坑加固工艺,能够充分发挥柔性材料的缓冲优势,有效保护井壁,确保溜井的正常运行。
3.1.2 弹性浮动护板加固结构
弹性浮动护板加固结构是基于 X 技术实用新型专利研发的一种新型溜井加固结构,其独特的设计原理为溜井的防护提供了更为有效的解决方案,尤其适用于中段卸矿口等冲击集中区域。
该结构主要由预埋件、弹性件和锰钢板护板组成。预埋件被牢固地安装在井壁上,作为整个结构的基础支撑点,确保结构与井壁紧密连接。弹性件则巧妙地设置在护板与井壁之间,它就像一个 “缓冲器”,在矿石冲击时发挥着关键的缓冲作用。锰钢板护板则直接承受矿石的冲击,其高强度的特性能够有效抵御矿石的撞击。
护板与井壁之间设置的浮动间隙是该结构的一大创新点。当矿石冲击锰钢板护板时,护板会在冲击力的作用下产生一定的位移,由于弹性件的存在,护板不会直接与井壁发生刚性碰撞,而是通过弹性件的缓冲作用,将冲击力逐渐分散和吸收。这种设计避免了刚性碰撞导致的井壁开裂等问题。与传统的刚性连接结构相比,弹性浮动护板结构能够将冲击力降低 30% - 50% ,大大提高了井壁的安全性和稳定性。
在中段卸矿口,矿石的冲击作用尤为集中和强烈。以某矿山的中段卸矿口为例,未采用弹性浮动护板加固前,该区域的井壁每年都会出现不同程度的开裂和剥落现象,需要频繁进行维修和加固。而采用弹性浮动护板加固后,经过多年的运行监测,井壁状况良好,没有出现明显的破坏迹象。这一实际案例充分证明了弹性浮动护板加固结构在应对冲击集中区域的有效性和可靠性,为矿山溜井的安全运行提供了有力保障。
3.2 刚性加固技术:强化围岩稳定性的补强方案
3.2.1 喷锚支护 + 混凝土浇筑联合加固
对于已经出现垮塌的溜井,喷锚支护与混凝土浇筑联合加固技术是一种行之有效的修复方案。金诚信专利工艺在这方面提供了一套系统的操作流程,具有较高的工程应用价值。
在进行加固作业时,首先要对溜井内的垮塌区域进行全面清理,将松动的围岩彻底清除,为后续的加固工作创造良好的基础条件。这一步骤至关重要,因为松动的围岩会影响加固结构的稳定性,如果不清理干净,可能会导致加固后的溜井再次出现垮塌。
清理工作完成后,开始进行第一层混凝土喷射。这一层混凝土的厚度一般控制在 20 - 40mm ,其作用是封闭围岩表面,防止围岩进一步风化和剥落,同时为后续的锚杆安装提供一个相对平整的工作面。喷射混凝土时,要确保混凝土均匀覆盖在围岩表面,并且与围岩紧密粘结。