一种主溜井封堵方法与流程

本发明涉及岩石力学、采矿工程领域，特别是涉及一种地下矿山主溜井严重垮塌、冒落等地质灾害影响下的非排空主溜井封堵方法。

背景技术：

地下矿山主溜井是矿石贮存、倒运、制约矿山生产的咽喉要道。主溜井断面尺寸一般较采场溜井大数倍，往往会由于地下矿山前期勘探质量较低、设计不合理性、长期生产卸矿、矿石下放的不断冲刷磨损等一系列确定与不确定因素的影响而导致大面积垮塌、冒落的发生。严重垮冒面积有时可达到160m²甚至更大。如何因地制宜的运用合理有效的治理方法封堵上部废弃垮冒井筒并恢复下部主溜井的使用功能是科研人员孜孜不倦探求的课题之一。

常用的溜井封堵方法包括斜撑圆木封井法、平铺圆木封井法、下口斜撑圆木封井法、混凝土封井法和溜井上部区段放空后依次锚网喷修复法。这些方法主要针对溜井上部井壁完好或垮塌范围不大条件下采用。对于垮塌跨度大、竖向垮塌范围大的溜井，上述封堵方法不具有可操作性，且这些方法存在施工人员安全不能保证、施工效率低、施工周期长、主溜井放空条件下发生二次失稳垮塌等可能，无法满足矿山安全高效治理的要求。

技术实现要素：

基于上述现有技术方案所存在的问题，本发明提供一种主溜井封堵方法，能在非排空状态，在确保施工人员和设备在安全施工空间、上部井筒稳定的前提下，高效、经济的封堵上部废弃垮冒主溜井筒，恢复下部井筒的使用功能，从根本上实现“辨险、控塌、封堵”，满足生产矿山在检修等短时空档期对主溜井实现安全、高效封堵治理的要求，切实解决制约矿山矿石转运咽喉的使用难题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种主溜井封堵方法，包括：

(a)将主溜井上部待废弃井筒内矿石置换为合理级配的石子骨料；

(b)由主溜井对侧依次进行：跟管钻进成孔、向跟管内插入锚索束、并对跟管的孔底锚固段注浆形成跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构的施工；

(c)向所述主溜井上部待废弃井筒内高压控制循环注浆形成注浆封堵结构，调节水泥-水玻璃浆液配比控制注浆扩散半径，在满足注浆封堵结构质量前提下，避免注浆封堵结构堵塞下部井筒；

(d)待对形成的柱塞阀注浆封堵结构进行养护后，跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构的预应力锚索束提供的张拉预应力、注浆封堵结构强度达到设计要求后，下放注浆封堵结构下部矿石，利用跟管-预应力锚索束复合筋的双向对拉倾斜交叉结构的布置形式和注浆封堵结构自然冒落特性，使下部自动形成带有底部自稳定的冒落拱形状的柱塞阀式注浆封堵结构，下部矿石后主溜井下部恢复使用功能，即完成主溜井的封堵。

本发明的有益效果为：通过将主溜井上部待废弃井筒内矿石置换为合理级配的石子骨料，并在该部位注浆形成注浆封堵结构，利用跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构与注浆封堵结构自然冒落特性的联合作用，在主溜井上部待废弃井筒内形成柱塞阀式注浆封堵结构，该方法可在主溜井非排空条件下实施，可在静态无扰动状态和无任何风险的安全空间内施工，维持封堵上部井筒的稳定状态，施工周期短、施工安全性高、施工成本低，并能够保证主溜井上部长期稳定性、最短时间内恢复下部主溜井的使用功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明优选实施例的“柱塞阀”式封堵结构示意图；

图2为本发明优选实施例的跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构示意图；

图中各标号对应的名称为：1-“柱塞阀”式注浆封堵结构；2-跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构；3-可控稳定冒落拱；4-主井联络道；5-措施硐室；6-原井壁；7-垮塌界限；8-泄水孔；9-未置换废石；101-石子骨料；102-水泥-水玻璃浆液；201-跟管；202-内连接螺纹；203-溢浆孔；204-外连接螺纹；205-钢绞线。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种非排空条件下高效主溜井封堵方法，能够安全、高效、经济的封堵主溜井上部废弃部分并保障封堵结构下部主溜井的正常使用，该封堵结构主要包括：

(a)将主溜井上部待废弃井筒内矿石置换为合理级配的石子骨料；

具体的，首先将主溜井上部待废弃井筒内矿石置换为合理级配的石子骨料，保证上部待废弃主溜井筒内特别是“柱塞阀”形成区域范围内的矿石被良好置换。需要指出的是，在此过程中主溜井一直保持非排空的满井状态；

(b)由主溜井对侧依次进行：跟管钻进成孔、向跟管内插入锚索束、并对跟管的孔底锚固段注浆形成跟管-预应力锚索束复合筋双向对拉倾斜交叉结构的施工；

(c)向主溜井上部待废弃井筒内高压控制循环注浆形成注浆封堵结构，调节水泥-水玻璃浆液配比控制注浆扩散半径，在满足注浆封堵结构质量前提下，避免注浆封堵结构堵塞下部井筒；

具体的，高压控制循环注浆形成“柱塞阀”的注浆封堵结构，通过调节水泥-水玻璃浆液配比控制注浆扩散半径，在能够满足注浆封堵结构质量的前提下，防止“柱塞阀”下部溜井内矿石被大面积灌注水泥-水玻璃浆液而堵塞下部井筒，影响后期主溜井的正常使用。

(d)待对形成的柱塞阀注浆封堵结构进行养护后，跟管-预应力锚索束复合筋双向对拉倾斜交叉结构的预应力锚索束提供的张拉预应力、注浆封堵结构强度达到设计要求后，下放注浆封堵结构下部矿石，利用跟管-预应力锚索束复合筋的双向对拉倾斜交叉结构的布置形式和注浆封堵结构自然冒落特性，使下部自动形成带有底部自稳定的冒落拱形状的柱塞阀式注浆封堵结构，下部矿石后主溜井下部恢复使用功能，即完成主溜井的封堵。

具体的，待养护后，张拉锚索束提供预应力、注浆封堵结构强度达到设计要求后，下放“柱塞阀”封堵结构下部矿石，利用跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构特殊布置形式和注浆封堵结构自然冒落特性使下部自动形成可控的稳定的冒落拱形状。下放下部矿石后主溜井下部恢复使用功能。

上述主溜井封堵方法的步骤(a)中，将主溜井上部待废弃井筒内矿石置换为合理级配的石子骨料为：

用粒径3～20cm均有分布的石子骨料作为合理级配的石子骨料对主溜井上部待废弃井筒内注浆形成注浆封堵结构区域范围内的矿石全部置换。

上述主溜井封堵方法的步骤(a)中，将主溜井上部待废弃井筒内矿石置换为合理级配的石子骨料过程中，主溜井保持非排空的满井状态。

上述主溜井封堵方法的步骤(b)中，跟管-预应力锚索束复合筋双向对拉倾斜交叉结构由双向对拉倾斜交叉的跟管-预应力锚索束复合筋组成，每根跟管-预应力锚索束复合筋包括：跟管、溢浆孔和预应力锚索束；其中，跟管两端分别设有内连接螺纹与外连接螺纹，溢浆孔分布设在跟管上，预应力锚索束由六根钢绞线制成并穿插在跟管内。其中，溢浆孔分布设在跟管上为：溢浆孔呈梅花形分布设在跟管上。

本发明的方法，主要是利用形成的柱塞阀式注浆封堵结构和跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构完成主溜井上部的封堵，其中，柱塞阀式注浆封堵结构是对主溜井原有矿石采用级配合理的石子骨料进行置换以及对石子骨料松散体进行水泥-水玻璃浆液注浆，最终在下放主溜井下部矿石后，形成带有底部自稳冒落拱的稳定的柱塞阀式注浆封堵结构；

跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构是由双向对拉、倾斜交叉的跟管-预应力锚索束复合筋组成，其中，跟管-预应力锚索束复合筋包括跟管、溢浆孔、钢绞线，跟管两端分别设有内连接螺纹与外连接螺纹，溢浆孔在跟管上呈“梅花”形布置，预应力锚索束由6根高强度钢绞线制作而成并穿插在跟管内部。

下面结合具体实施例对本发明的封堵方法作进一步说明。

本发明的封堵方法，采用柱塞阀式注浆封堵结构1和跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构2；

其中，柱塞阀式注浆封堵结构1包括：级配合理的石子骨料101、水泥-水玻璃浆液102，水泥-水玻璃浆液102配比可根据现场扩散半径及工程实际调整，浆液凝固时间可为几秒钟至几分钟；

如图2所示，跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构2由双向对拉倾斜交叉的跟管-预应力锚索束复合筋组成，其中，每根跟管-预应力锚索束复合筋包括跟管201、内连接螺纹202、溢浆孔203、外连接螺纹204、钢绞线205，溢浆孔203在跟管上呈“梅花”形布置，预应力锚索束由6根高强度钢绞线205制作而成并穿插在跟管内部。

某铁矿主溜井长200m，主溜井距矿山主、副井平面距离分别为45m、50m。主溜井在-180m～-330m水平近150m长度内发生不同程度的垮塌，最大垮塌处直径约14m。矿山上部矿体已基本开采完毕，未来生产周期内-330m以上主溜井已无使用功能，主溜井-340m以下部分将承担起矿山矿石转运的主体功能和作用。

该主溜井设计采用本发明提出的主溜井封堵方法，具体实施方式如下：

(a)首先，在主溜井放矿过程中，将主溜井上部待废弃井筒内矿石置换为合理级配的石子骨料101，直至下部矿仓观察到有置换的石子骨料101流出为止，保证上部待废弃主溜井筒内特别是“柱塞阀”式注浆封堵结构1形成区域范围内的矿石被良好置换，确保后期“柱塞阀”式注浆封堵结构1的注浆效果及后期强度。需要指出的是，在此过程中主溜井一直保持非排空满井状态；

(b)然后在主井联络道及措施硐室内依次施工跟管201钻进成孔、插入锚索束205并对孔底锚固段注浆形成跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构2；

(c)高压控制循环注浆形成“柱塞阀”的注浆封堵结构1，通过调节水泥-水玻璃浆液102配比控制注浆扩散半径，在能够满足注浆封堵结构质量的前提下，防止“柱塞阀”下部溜井内矿石被大面积灌注水泥-水玻璃浆液而堵塞下部井筒，影响后期主溜井的正常使用；

(d)待对形成的柱塞阀注浆封堵结构进行养护后，张拉锚索束205提供预应力、“柱塞阀”的注浆封堵结构1强度达到设计要求后，下放“柱塞阀3”封堵体下部矿石，主溜井下部恢复使用功能。待养护后，张拉锚索束205提供预应力、柱塞阀”的注浆封堵结构1强度达到设计要求后，下放“柱塞阀”封堵结构下部矿石，利用跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构2特殊布置形式和注浆封堵结构自然冒落特性使下部自动形成可控的稳定的冒落拱形状。下放下部矿石后主溜井下部恢复使用功能。

实施“柱塞阀”结构最主要特点为：

(a)在主溜井非排空条件下通过“柱塞阀”式注浆封堵结构、跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构的联合作用形成新型的封堵结构，在静态无扰动状态和无任何风险的安全空间内施工，维持封堵上部井筒的稳定状态，施工周期短、施工安全性高、施工成本低，并能够保证主溜井上部长期稳定性、最短时间内恢复下部主溜井的使用功能。

(b)30天内在高覆载大直径垮塌主溜井内顺利成孔1900m、注浆300m³、施工预应力锚索1100m。

(c)主溜井一直保持满井状态，前期工程实践表明满井状态下的井筒稳定性能够得到保证，减少了-330m以上主溜井的后期维护成本。

(d)本封堵方法的实施，能够为类似地下矿山井筒封堵工程的高效安全施工提供范例，可适用于矿业、水利水电等岩土工程相关领域。

本发明的封堵方法，能在主溜井非排空条件下通过柱塞阀式注浆封堵结构、跟管-预应力锚索束复合筋双向斜拉交叉结构的联合作用形成新型的封堵结构，在静态无扰动状态和无任何风险的安全空间内施工，维持封堵上部井筒的稳定状态，施工周期短、施工安全性高、施工成本低，并能够保证主溜井上部长期稳定性、最短时间内恢复下部主溜井的使用功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。