石人溝鐵礦露天轉(zhuǎn)井下開采坑底防滲治理技術(shù)

石人溝鐵礦露天轉(zhuǎn)井下開采坑底防滲治理技術(shù)

石仁溝礦區(qū)是河北省鋼鐵集團(tuán)煤礦有限公司，成立于1975年。在初期，采用了露天開采，設(shè)計規(guī)模為150萬噸噸。露天開采區(qū)南北長2.8公里，南北長2.8公里。28.18線為新區(qū)，18.8線為中心區(qū)，8線以北為西區(qū)。現(xiàn)露天開采已全部轉(zhuǎn)為地下開采,生產(chǎn)能力110萬t/a,露天開采形成的坑底位于中區(qū)12～18線,南北長516m,東西寬35～50m,坑底標(biāo)高為2～-2m,坑底面積大約為20600m2,坑底被碎石和碎屑堆填,14～16線距露天坑底1.8～4m存在非法采空區(qū)。礦區(qū)所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造位置為燕山沉降帶馬蘭峪背斜軸部。礦床成因為鐵硅質(zhì)沉積建造受變質(zhì)鐵礦床,通稱“鞍山式”鐵礦。本區(qū)地層基巖為前震旦紀(jì)片麻巖系,屬于馬蘭峪第一段,主要有黑云母角閃斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖和花崗片麻巖,磁鐵石英巖為本區(qū)的礦體,此外尚有后期侵入的各種巖脈,對礦體稍有破壞。露天坑0m標(biāo)高處的礦層頂板主要為黑云母角閃斜長片麻巖、角閃斜長片片麻巖,巖石中等風(fēng)化,節(jié)理裂隙較發(fā)育。礦區(qū)褶皺構(gòu)造簡單,為單斜構(gòu)造。斷裂構(gòu)造比較復(fù)雜,在12～18線無大規(guī)模斷裂破碎帶。礦區(qū)無大含水層,礦床頂?shù)装迤閹r含水微弱。1雨季平均匯水石人溝鐵礦露天坑總匯水面積為96.5萬m2,該區(qū)域既要接受大氣降水,又要匯集采場邊坡及地下涌水,經(jīng)計算(按10a一遇暴雨頻率),雨季晝夜最大匯水量為8.52萬m3,非雨季節(jié)平均匯水量為0.7萬m3/d。由于14～16線非法采空區(qū)距離露天坑底1.8～4m,露天坑底的積水及西側(cè)山上流下的水(外部小型尾礦庫的水)通過巖石的裂隙流入非法采礦采空區(qū),局部水流會通過采空區(qū)繼續(xù)通過斷層、節(jié)理和裂隙逐步滲透到井下,同時露天坑內(nèi)工業(yè)場地在汛期極易被淹,影響礦山正常生產(chǎn)安全。2采空區(qū)容積計算露天采坑中區(qū)坑底12～18線受地方非法采礦影響,大致形成了4個空區(qū)。(1)12～13線非法采空區(qū)分南、北兩部分,南采空區(qū)長40m,寬15m,高8m,采空區(qū)容積約4800m3;北采空區(qū)由2個小采空區(qū)組成,分別長約50m,寬6～8.4m,高平均8m,2個小采空區(qū)總?cè)莘e為6000m3左右。本部分非法采空區(qū)總?cè)莘e約10800m3。(2)13～14線非法采礦采空區(qū)未有現(xiàn)場詳細(xì)勘察測量資料。根據(jù)相關(guān)資料可粗略的得到下列數(shù)據(jù):長88m,北端寬12m,南端寬9m,高度大約4m,容積大約為3700m3。(3)14～16線非法采空區(qū)上部采空區(qū)長80m,寬15m,高10m,容積12000m3;下部采空區(qū)長30m,寬15m,高18m,容積8100m3;采空區(qū)總?cè)莘e約20100m3。(4)17～18線非法采空區(qū)僅有其北部一部分在露天坑底下部,長約92m,寬約13m,洞高11～21m。3聯(lián)合疏排水方案通過現(xiàn)場了解得知平時露天坑中水的主要來源為西側(cè)山上流下的水(外部小型尾礦庫的水),雨季時露天坑四周降雨匯集的雨水會對地下開采造成威脅。隨著時間推移,非法采礦的采空區(qū)頂板有可能出現(xiàn)大面坍塌,若坍塌發(fā)生在雨季且在降雨強(qiáng)度較大時,積水面積較大,有可能引起地面水淹沒地下礦井的嚴(yán)重事故。原采取了“同時設(shè)置露天采場排水疏干泵站與井下排水泵站”的聯(lián)合排水方案,在露天采坑和井下根據(jù)開采標(biāo)高、匯水區(qū)域及匯水量,設(shè)置固定泵站2座,浮船泵站1座,實(shí)現(xiàn)接力排水,共安裝200D43×3排水泵13臺。井下南、北區(qū)-60m水平,根據(jù)地下涌水量各設(shè)排水泵站1座,每座泵站各安裝200D43×5多級排水泵5臺。實(shí)踐證明,采取上述聯(lián)合疏排水方案,較好地滿足了“過渡期”露天生產(chǎn)及井下施工的需要,達(dá)到了預(yù)期效果。為了安全度汛,現(xiàn)需要在坑底砌筑集水池及混凝土面層,并充分利用原有的露天采場排水疏干泵站和井下排水泵站。在露天采場16線處設(shè)置2臺5.5型潛水泵,把集水池的積水抽入南部集水池中,實(shí)現(xiàn)接力排水。潛水泵必須定期進(jìn)行檢修并時刻投入使用。3.1管理范圍和方案地圖14～16線非法采空區(qū)已與露天坑底板形成多處透點(diǎn),具體位置見圖1,坑底剖面圖見圖2。3.2涂層設(shè)計由于露天坑底存在碎石堆,地勢起伏比較大,露天坑下方有采空區(qū)的情況,決定了面層形式大體上分為2種情況。(1)如果圖3顯示兩個#和3#孔的底礫石較高，則形成拱門或平面斜坡(2)土澆筑、配筋、8#200面層用C20強(qiáng)度等級的普通防水混凝土澆筑,均為200mm厚;采用構(gòu)造配筋,均為?8@200。變形縫橫向縱向每20～30m設(shè)置一道。3.3側(cè)壁土釘墻施工為了使混凝土面層和基坑接觸為一個整體,在基坑底部為1.5m范圍內(nèi)的側(cè)壁進(jìn)行土釘墻施工。采用錨桿作為土釘,土釘長度為3.0m,孔徑為30mm,入射角為10°,垂直間距為4.0m。土釘配筋為1?20。護(hù)坡面層厚100mm,配筋為8@200方格狀噴坡的護(hù)面層配筋。3.4集水池大小及搭接為方便接力排水,集水池設(shè)在原露天坑排水泵站北側(cè),集水池大小確定為3m×3m×1.5m,池底設(shè)0.6m×0.6m×0.5m水泵坑,四周混凝土面層坡度為2%,鋼筋綁扎及搭接滿足規(guī)范要求。4工程防護(hù)4.1表面施工4.1.1混凝土坍落度水泥∶砂∶石配比為1∶2.05∶3.34;水灰比為0.55;混凝土的坍落度宜控制為180mm左右;坍落度每小時損失值不應(yīng)大于30mm,總損失值不應(yīng)大于60mm。4.1.2綁扎鋼筋的施工工程所有面層鋼筋均采用I級鋼筋,按配筋?8@200施工。(1)做好鋼筋綁扎前的除污、除銹工作。(2)綁扎鋼筋時,應(yīng)按設(shè)計規(guī)定留足保護(hù)層,且迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm。應(yīng)以相同配合比的細(xì)石混凝土或水泥砂漿制成墊塊,將鋼筋墊起,以保證保護(hù)層厚度,嚴(yán)禁用墊鐵或鋼筋頭做保護(hù)層墊塊。(3)鋼筋應(yīng)綁扎牢固,避免因碰撞、振動使綁扣松散,使鋼筋移位,造成質(zhì)量事故。4.1.3混凝土注水澆注前,應(yīng)清除澆注范圍內(nèi)的積水、木屑、鋼絲、鐵釘?shù)入s物,并以水濕潤底板,然后進(jìn)行澆注。4.1.4混凝土砌塊混凝土必須采用高頻機(jī)械振搗,不能漏振和超振,以混凝土泛漿和不冒氣泡為準(zhǔn)。4.1.5早期培養(yǎng)濕地混凝土的養(yǎng)護(hù)對其性能影響極大,特別是早期濕潤養(yǎng)護(hù)更為重要,一般在混凝土進(jìn)入終凝(澆筑后4～6h)即開始灑水養(yǎng)護(hù),澆水濕潤養(yǎng)護(hù)不少于14d。4.1.6填平防墜石破壞完工后的自防水結(jié)構(gòu),嚴(yán)禁在其上打洞。若結(jié)構(gòu)表面有蜂窩麻面,應(yīng)及時修補(bǔ)。修補(bǔ)時,應(yīng)先用水沖洗干凈,涂刷一道水灰比為0.4的水泥漿,再用水灰比為0.5的水泥砂漿(1∶2.5)填實(shí)抹平。本結(jié)構(gòu)防墜石破壞能力較差,墜石造成的損壞應(yīng)及時修補(bǔ)。同時若條件允許可在面層上覆蓋少量碎石,以緩沖墜石的沖擊而減少破壞。4.1.7變形縫混凝土的熱脹冷縮導(dǎo)致了滲水通道的形成,需采用變形縫進(jìn)行處理,并對變形縫進(jìn)行氯酊漆混合物填充。4.2釘墻施工4.2.1鋼筋籠錨入抗剪強(qiáng)度(1)為保證鋼筋籠位于孔的中間,在鋼筋籠的下側(cè)焊接?6mmU型支架。(2)為保證鋼筋籠與面層的緊密結(jié)合,鋼筋籠錨入面層的鋼筋長度不少于600mm。(3)為保證鋼筋籠嵌固段水泥對鋼筋的握裹能力,鋼筋籠的嵌固段用鋼絲刷刷去泥土和蝕銹。4.2.2水泥熟縮與水泥漿配合(1)水泥漿的攪拌在輸送泵能力許可的條件下盡量濃,水灰比控制在1∶0.5左右,以減少水泥的硬縮。(2)水泥漿中加入各膨脹劑和早