[發(fā)明專利]適應于深部地層及高應力區(qū)域豎井掘進與支護的方法

有效

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• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110206547B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 孫揚;徐長磊;杜貴文;朱瑞軍;劉育明
• 申請（專利權）人: 中國恩菲工程技術有限公司
• 主分類號: E21D5/04
• 分類號: E21D5/04;E21D5/11;E21D5/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成

本發(fā)明公開了一種適應于深部地層及高應力區(qū)域豎井掘進與支護的方法，包括：(1)對所述豎井工作面下的地況進行超前探測，以便得到所述地況的超前探測信息；(2)基于獲得的所述超前探測信息，在所述豎井的底部進行超前地層預處理；(3)在所述豎井底部開展掘進工作，然后在所述豎井上部井筒外圍、柔性支護內圍處澆筑形成剛性支護；(4)對所述豎井底部進行滯后出碴，并在所述豎井下段圍巖上布置柔性支護。該方法克服了豎井高應力區(qū)域圍巖應力高、地下高水壓防治水困難、圍巖穩(wěn)定性控制困難、施工安全隱患多、巖爆風險高等問題，有效解決了深部地層及高應力區(qū)域的豎井掘進與支護過程中的難題。

技術領域

本發(fā)明屬于豎井工程技術領域，具體而言，本發(fā)明涉及適應于深部地層及高應力區(qū)域豎井掘進與支護的方法。

背景技術

長期以來我國礦產資源開采的深度多數(shù)處于1000m以內的開采范圍，進而形成了成熟的第四系淺部地層成套技術，對于超過1000m深度開采技術研究較少，缺乏開采深地資源的技術儲備。近年來，隨著淺部資源的不斷減少，礦山正在逐漸向1000m至1200m的開采深度邁進，少數(shù)的金屬礦井正在建設超過1400m的深井開拓系統(tǒng)。隨著資源及能源需求的繼續(xù)提升，以及經濟技術的發(fā)展，礦山豎井向著更深更大規(guī)模發(fā)展。當前已建成的最深最大豎井工程有：思山嶺鐵礦副井(直徑10m，深度1355m)，會澤鉛鋅礦3#豎井(直徑6.5m，深度1526m)。同時，我國有一批即將建設的深度在1500m左右的儲備金屬礦山，最深的山東黃金集團西嶺金礦及云南會澤鉛鋅礦深部工程等豎井埋深將超過1800m。

現(xiàn)有的傳統(tǒng)豎井掘進與支護工藝技術采用短掘短砌的施工工藝及一次混凝土支護技術。傳統(tǒng)方案爆破完后，緊跟掘砌工作面實施混凝土襯砌支護；混凝土井壁和井底掘進工作面距離近，不考慮圍巖壓力釋放距離。出碴后，工人在無支護保護的裸露圍巖下開展下一循環(huán)的打眼、裝藥、起爆工作。豎井掘砌的地質信息，僅依據(jù)井筒前期的地表豎井工程勘察孔資料，且豎井工程堪察孔位置常因工程推進而與實際施工豎井偏差較大。掘砌過程中，也不開展超前探測及超前預處理工作；一般要等到實際揭露圍巖后，根據(jù)遇到的工程地質問題，才開展治理的技術措施。

已建成的深豎井工程揭露出了已有傳統(tǒng)豎井掘進與支護技術存在以下問題：

(1)國內已建成的深豎井數(shù)量相對較少，投產的深度超過1500m左右的礦山更是寥寥無幾，國內可供參考的工程案例少。深部地層呈現(xiàn)出“高應力、高水壓、高地溫”的特征，使得豎井施工作業(yè)環(huán)境差、易發(fā)生巖爆、防治水工作開展困難。

(2)長期以來在淺部地層施工豎井形成的成熟掘砌工法，即以短掘短砌為特征，爆破后即進行混凝土井壁襯砌，襯砌完成后即刻出碴；井壁與掘進工作面間不考慮預留圍巖釋放距離。該工法不能滿足合理釋放圍巖壓力的要求，難以適應深部地層特征的圍巖控制。

(3)常規(guī)淺部豎井井壁采用素混凝土支護，即能滿足基巖中井筒穩(wěn)定要求?；炷烈r砌是一種相對剛性支護結構，其適應圍巖變形能力差。在深部高應力地層中，圍巖應力釋放必然需要一定的變形調整過程。顯然，僅采用普通素混凝土支護難以適應深豎井圍巖控制要求。

(4)傳統(tǒng)豎井施工在開工前施工一個豎井工程勘察孔，能夠滿足常規(guī)豎井設計所需要的基礎資料；受工程勘察資料的準確性、施工擾動、掘砌工藝、實際豎井施工位置與工堪孔位偏差等影響，如何準確實時判斷井筒工作面下部圍巖的信息相對困難。

(5)深井高應力所帶來的巖爆，成為影響施工安全的主要風險和防治難點之一；深井高水壓所帶來的突涌水事故，高水壓地層防治水等也是深井建設中需要解決的關鍵難題之一。傳統(tǒng)豎井掘砌工藝不能夠很好地考慮高應力、高水壓所帶來的影響，也未考慮超前預報和超前預處理的相關技術措施；通常要等到實際揭露圍巖后，根據(jù)遇到的工程地質問題，才實施被動處理的技術措施。

綜上所述，傳統(tǒng)淺部豎井施工工藝流程及支護技術不能適應深井地層特征，需要尋求與之匹配的新型掘進與支護工藝技術。

發(fā)明內容