本技术涉及金属矿山超深竖井建设施工技术领域,涉及金属矿超深竖井超前释压施工方法,其旨在解决深部井筒的施工安全难以保障以及施工难度大的问题,用于井深超过1500m的大直径竖井,通过采取竖井岩芯编录与围岩节理裂隙调查、岩石力学试验等方法,获取井筒围岩岩性与物理力学参数;再对井筒围岩力学性态分析,得到井筒围岩开挖扰动应力场分布特征;确定井壁混凝土衬砌支护时机与支护厚度,通过超前卸压爆破释放积聚在岩体内部的高应力,以此主动调控未衬砌段井筒围岩受力状态,减弱井筒围岩与后续井壁混凝土衬砌的相互作用,有效降低施工难度;采取竖井地层透明化分析、地压灾害防控预警等多种手段,保证超深竖井掘支施工的安全性和高效性。
背景技术
随着我国采矿工业的发展,很多矿山相继进入深部开采,深部矿产资源开发已成为未来世界采矿工业发展的必然趋势。竖井深度由最开始的1200m~1500m,到现在1500m~2000m,开始向2000m逼近。竖井工程作为矿山建设生产的咽喉,是矿山基建过程中难度最大的基础项目,因此超深竖井(1500m以深)的建设将成为深部矿山建设的首要基础工程。
传统竖井多采用“一掘一砌”的施工工艺,由于竖井开挖工作面的空间效应,使围岩应力与位移并未得到充分释放,导致井筒围岩与井壁之间存在相互作用。现有的支护方式大多作用于浅埋竖井(深度一般为20米到30米之间)中,浅埋竖井通常采用工程类比法,或根据朗肯土压力理论,通过平面挡土墙或者圆柱形挡土墙确定竖井侧压力,再根据拉麦公式确定井筒衬砌支护厚度,并在紧邻井筒开挖面处对围岩进行衬砌支护。将浅埋竖井掘支护工艺应用于深部竖井中会发现,由于深部竖井侧压力过高,浅埋竖井支护方式极易导致衬砌设计支护厚度较大,安全系数低,易造成大量经济浪费;且随着竖井建设深度的不断延深,也极易导致围岩体内原岩应力不断增加;同时,在开挖卸荷后,由于井筒围岩内部应力重新分布,围岩体内应力高度集中,也容易导致岩体产生脆-延性转化,甚至产生塑性扩容、岩爆等现象,而致使较多井筒安全事故的发生。
进一步地,竖井围岩破坏是开挖扰动应力地质特征、岩体条件以及开挖方式的共同作用结果。经研究发现,超深竖井开挖扰动致灾过程与高应力作用下岩体破坏响应直接相关,尤其是竖井开挖后其位移量变化及岩体高应变储能状态。研究还发现,与浅埋竖井相比,超深竖井所处的地质条件与应力状态存在较大差别,尤其在强开挖卸荷作用下,深部井筒受力状态较为复杂,具体表现为:深部井筒围岩受到多种作用力,如高地应力、高承压水及高岩温等共同作用;深部井筒围岩在高应力强开挖卸荷作用下,围岩中出现高度集中的应力和偏应力,易引起围岩变形特征产生显著变化,即围岩变形由脆性到延塑性的转变、围岩流变性、扩容性突出等。由此可知,与浅部井筒相比,深部井筒的施工难度更大,施工安全性更低。
因此,现急需一种金属矿超深竖井超前释压施工方法,以解决上述问题。
实现思路