紧接着,按照设计要求打入锚杆。锚杆的长度、直径和间距等参数,需要根据溜井的具体地质条件和垮塌情况进行精确计算和设计。锚杆的作用是将不稳定的围岩与深部稳定的岩体连接在一起,形成一个整体,从而提高围岩的稳定性。在打入锚杆后,要及时布设钢筋网,钢筋网能够增强混凝土的抗拉强度,提高整个加固结构的整体性。
完成上述步骤后,进行第二层混凝土喷射,这一层混凝土的厚度通常为 90 - 110mm 。两层混凝土相互配合,形成一个坚固的支护结构,有效抵抗围岩的变形和破坏。
对于节理发育段,由于围岩的稳定性较差,需要浇筑 C30 素砼挡墙。素砼挡墙能够增加围岩的侧向约束力,防止围岩因节理裂隙的扩张而发生坍塌。而对于稳定段,则采用工字钢 + 螺纹钢支撑架。这种支撑架结构简单,施工方便,能够在保证支护效果的前提下,减少混凝土的用量。通过实际工程应用统计,采用这种联合加固技术,相较于传统的全混凝土加固方式,能够减少混凝土用量 30% 以上,大大降低了工程成本,同时提高了施工效率。
3.2.2 锰钢板衬砌刚性防护技术
在大型矿山的溜井咽喉段,由于其所处位置的重要性和工作条件的复杂性,对加固技术的要求更高。锰钢板衬砌刚性防护技术以其卓越的抗磨损和高强度性能,成为这一关键部位的理想加固方案。
该技术采用 “钢筋混凝土 + 50 - 100mm 锰钢板” 的整体加固结构。在施工过程中,首先浇筑钢筋混凝土,钢筋混凝土能够为整个结构提供基础的承载能力和稳定性,它就像一个坚固的 “骨架”,支撑着整个加固体系。然后,将 50 - 100mm 厚的锰钢板通过螺栓与钢筋网、锚杆进行焊接固定。锰钢板的加入,大大提高了结构的抗磨损强度。
锰钢板具有硬度高、耐磨性强的特点,其抗磨损强度相较于普通混凝土提高了数倍。在主溜井下部放矿口等关键部位,矿石的流量大、流速快,对井壁的磨损极为严重。采用锰钢板衬砌刚性防护技术后,能够有效抵御矿石的长期冲刷和磨损,确保溜井的长期稳定运行。
许昌铁矿在主溜井加固中采用了这一技术,取得了显著的效果。在采用该技术之前,主溜井井壁经常出现塌落现象,严重影响了矿山的正常生产。采用 “钢筋混凝土 + 50 - 100mm 锰钢板” 整体加固后,经过多年的运行监测,主溜井井壁状况良好,彻底解决了井壁塌落问题,保障了矿山生产的顺利进行。这一成功案例充分展示了锰钢板衬砌刚性防护技术在大型矿山溜井关键部位加固中的强大优势和可靠性。
3.3 新型复合加固:柔性与刚性的协同应用
新型复合加固技术融合了柔性缓冲与刚性补强的优势,为溜井加固提供了一种更为全面、高效的解决方案。在实际应用中,“橡胶衬板 + 喷锚支护” 组合是一种典型的复合加固方案,它充分发挥了两种技术的特点,兼顾了磨损防护与围岩稳定。
在溜井的上部卸矿段,矿石的冲击作用最为强烈,因此采用橡胶衬板进行加固。橡胶衬板的弹性特性能够有效吸收矿石的冲击动能,减少对井壁的磨损,就像给井壁穿上了一层 “弹性防护服”。而在下部围岩破碎段,由于围岩的稳定性较差,采用喷锚支护 + 混凝土加固技术。喷锚支护能够增强围岩的自身强度,将破碎的围岩连接成一个整体,提高围岩的稳定性;混凝土则进一步填充围岩的空隙,增加支护结构的密实度和承载能力。
这种复合加固方案已在锡矿山深部溜井进行了试点应用,并取得了良好的效果。通过对比监测发现,采用复合加固方案的溜井,其磨损程度和围岩变形量均明显小于采用单一加固方式的溜井。在磨损防护方面,橡胶衬板的应用使得井壁的磨损速率降低了约 50% - 70% ;在围岩稳定性方面,喷锚支护和混凝土的联合作用,有效控制了围岩的变形,确保了溜井的整体稳定性。这一试点应用的成功,为新型复合加固技术在矿山溜井加固中的广泛推广提供了有力的实践依据,展示了其在保障溜井安全运行方面的巨大潜力。
四、工程实践:三大典型案例的加固成效验证
4.1 锡矿山南矿 13 中段溜井:柔性加固的升级实践
锡矿山南矿 13 中段矿石溜井作为多阶段垂直圆形溜井,长期面临着严峻的磨损挑战。该溜井部分设计穿过长龙界页岩,岩石硬度系数仅为 f = 4 - 6 ,在长期的矿石溜放过程中,磨损情况极为严重。1986 年资料统计显示,其平均磨损率高达 8.36mm / 万 t 。经过多年运行,直径从最初的 3.6m 大幅扩大,在井口以下 32 - 48m 段,直径扩大到 7.18m;井口下 48 - 80m,磨损扩大到 7.99m,最大直径更是达到 9.01m 。从 1980 年至 2002 年,该溜井先后进行过 6 次大修理,累计修理费用高达 238 万元。