金川矿区竖井建设分析
金川集团股份有限公司是全球知名的采、选、冶配套的大型有色冶金和化工联合企业,镍产量全球第4位,钴产量全球第2位,铜产量我国第3位,铂族金属我国第1位。金川矿区划分3个矿山,采出矿石原料,年供矿石近1 000万t。竖井作为矿(废)石提升、人员材料上下、动力供应、通风的重要通道,在矿山系统中,处于咽喉位置。金川集团股份有限公司在60 a的开发建设中,先后在金川矿区施工了28条竖井,为公司发展奠定了基础。特别是在1999年后,随着矿山回采深度的延深和新矿体的开发,陆续施工了7条竖井,其中深度超过1 000 m的就有3条,在建的仍有3条。
金川矿区以硫化铜镍矿为主,长约6.5 km,宽几十至500多m,深达千米以上,由4个矿区组成,由东至西,依次为Ⅳ矿区、Ⅱ矿区、Ⅰ矿区和Ⅲ矿区。矿山开发始于上世纪60年代,先后投入开发利用的为Ⅰ矿区、Ⅱ矿区和Ⅲ矿区;Ⅳ矿区只完成了基建探矿和可行性研究工作,还未开发利用[1-2]。金川矿区资源在全国是少有的,其工程地质条件在全国是出了名的。矿区大地构造位置属于阿拉善隆起区南部边缘的龙首山隆起,北侧为区域性大断裂F1,与潮水凹陷相连接;南侧和北祁连山地槽边缘凹陷相毗邻,主要出露地层有前震旦系和第四系。由于受吕梁运动以来长期、频繁、强烈的构造运动和岩浆活动的作用,使得矿区岩体断裂发育、支离破碎,工程地质条件十分恶劣,井巷地压大,岩体稳定性差。各个矿区之间、不同行线、不同深度岩石条件各异,给工程施工带来很大困难。
矿区地处西北干旱地区,降水少,蒸发量大,水文地质条件简单;但以静储量为主的构造裂隙水赋存,使工程地质条件不确定性风险加大。
1893年,荷兰的乌德舒恩首次引入臭氧作为饮用水处理的消毒剂。随后,臭氧在许多欧洲国家被用于水消毒。臭氧可在食品加工中以气态或含水态使用。一般而言,气态臭氧用于储存应用,而含水形式的臭氧则用于食品、设备或包装材料的表面去污。
矿区目前在用及在建的竖井有28条,其中深度最大的是Ⅱ矿区18行副井,井深1 165.5 m;直径最大的是龙首矿混合井,掘进直径7.5 m,净直径6.7 m。
1 竖井建设成果
1.1 岩石力学研究
(1)矿区岩石力学
金川矿区以其复杂的工程地质条件、高地应力和破碎矿岩,为世界工程地质、采矿业专家学者所关注[3-8]。20世纪70年代,以谷德振教授和陈宗基教授为首的工程地质和岩体力学专家来到金川,作了大量工作,完成了多项金川矿区工程地质和岩体力学试验研究方面的高质量课题[4,8],如工程地质岩组划分、围岩分类、地应力测量及规律、不良岩层巷道稳定性及控制研究等,都对当时情况下的金川矿区设计、开采起到了重要作用。这些成果直到今天,仍然对解决问题非常有效。20世纪80年代以来,金川公司先后参与了中国-瑞典关于金川Ⅱ矿区采矿技术合作中的岩石力学研究、Ⅱ矿区下向高进路胶结充填机理与稳定性研究等多项基础研究项目,进一步对金川矿区岩体有了全面认识。进入2000年以来,随着采矿深度的增加,又陆续针对深部开采面临的岩石力学问题,开展了金川矿区应力场和岩石力学研究——金川矿区应力场和Ⅱ矿区深部1 000~850 m水平地应力测量及应力作用特征研究、金川矿山深部高强度采掘条件下的岩石力学研究。这些前瞻性研究,对金川矿区深部开采具有很好的指导作用。
在培训态度上,专硕研究生对培训重要性有较高的认知并愿意参加培训;在培训内容方面基本满足专硕研究生的培训需求;在培训方法和培训考核结果方面,结果显示培训教学方法单一,考核结果并不能完全反映真实水平;培训补助方面满意度最低,与培训年限呈负相关,差异有统计学意义(P=0.015);培训后各方面能力得到提升,满意度较高,其中培训对提高临床技能和培训达到预期目标这两项与培训年限呈正相关,差异有统计学意义(P<0.01)。
表1是在地质情况不明确时所作的设计。实际施工时,根据揭露的岩石情况,对支护方式及时作了调整,各井筒素混凝土、单层钢筋混凝土支护及喷锚网护壁所占比例见表2。从表中可以看出,金川矿区竖井实际支护方式以C30/C40素混凝土为主;在岩石破碎地段,增加了单层钢筋或双层钢筋;在局部地压明显地段,又增加了井圈,以抵抗初始压力。由于岩石多变,设计单位在井筒设计时,应根据金川矿区一般岩石情况及地应力分布规律,多设计几种强弱结合的支护方式。工程管理部门及施工单位在实际施工时,应根据具体岩石情况,及时调整支护方式。
Ⅰ矿区:东采区(Ⅱ6行—Ⅰ9行)1 280~850 m水平,岩石稳定性较好,没有大的断层及影响带,一般在施工过程中,不会出现大的变形破坏。中西采区12行—21行间,受F16、Fc、Fa′等断层交错影响,变形最为严重。随着开拓水平的不断下降,该区段逐步向西偏移。+1 220 m水平16行—21行上盘沿脉及下盘沿脉连续450 m掘进后,来压很快,变形破坏十分严重,变形到一定程度后,才趋于稳定。
Ⅱ矿区:850 m水平深部开拓工程虽然埋深近千米,但远离矿体,地压不大,除涌水很大外,岩石条件整体较好,开拓工程掘进后,返修量很少。该矿区变形严重地段主要在分段工程,离矿体近,受采动影响很大。978分段工程掘进后,变形严重;交工前,对所有巷道进行了返修。
Ⅲ矿区:变形区段主要在主井、副井周围受F1断层影响区域。该区段主要是蠕变,返修后,巷道每d都在收敛缩小。主井掘进后3 a内,已进行了2次返修。
F17以东:变形区段主要在1050平面矿岩接触带附近。
从金川矿区已投入使用的提升井、风井的使用情况来看,大部分井筒在投入使用后,都进行过返修。井筒返修时,不仅施工难度大,而且影响生产。因此,金川矿区竖井工程在设计、施工时,都应采取保守思路,以减少井筒生产时的停产返修次数。尤其是14行风井,在建成5 a后垮塌,更加说明金川矿区竖井必须加强支护,不能为了减少投资而降低支护强度。
(3)竖井围岩实际状况
化合物7,无色针状结晶,ESI-MS m/z 137 [M-H]-1, 1H NMR (600 MHz, MeOD) δ∶7. 87 (2H, d,J=8. 4 Hz, H-2, 6), 6.80 (2H, d,J=8. 4 Hz, H-3, 5); 13C NMR (150 MHz, MeOD) δ∶123. 7 (C-1), 132. 9 (C-2, 6), 115. 9 (C-3, 5), 163. 1 (C-4), 170. 9 (-COOH)。以上数据与文献[15]报道的对羟基苯甲酸基本一致,故确定化合物7为对羟基苯甲酸。
竖井生产服务年限长,要求长期处于安全稳定状态。金川矿区复杂的地质条件,时常造成竖井变形破坏;甚至在井筒建成投入使用后,便出现垮塌。Ⅲ矿区主井、副井在施工到1 220 m水平以下时,进入F1断层影响带,压碎结构形成的泥质物非常发育,遇水呈泥质状,很少有超过10 cm2见方的岩块。主、副井采用双层钢筋混凝土井壁(400 mm+600 mm),先后进行了2次大规模返修;副井还增加了槽钢井圈,才趋于稳定。14行风井在建成5 a后,便出现垮塌。
我觉得做这样的题材,有两个思路。第一个是无论如何就写那个时代,时间节点到1984年上书结束。另外一个思路是通过只借用55个厂长上书的故事作为历史背景而已,但这部戏还叫《松绑》,写一个企业家,当时他是55个上书的厂长之一,通过他的工业命运和他的职业命运来思考和透出来,全面深刻地体现出中国关于改革的方方面面,政治的、经济的、国际格局的、国内格局的、个体的、群体的、情感的、梦想的、思路的、异化的,那就是另外的一个状态。到今天还是涉及到松绑的问题,这就不是一个简简单单的上书的问题,就是真正在思想意识和机制观念和社会形态、个人生存形态、命运形态上的松绑。
2.6 饮食指导 腹腔积液患者应进食易消化、富含维生素和蛋白质、低脂肪、低盐的饮食,禁食刺激性食物及饮酒,防止诱发消化道出血。
有鉴于此,做好已建和在建工程的分析工作,在已取得成果的基础上,持续开展深部应力场、岩石力学、水文地质、掘支技术及工艺等方面的科研工作,不仅是竖井施工的前提,而且是整个金川矿业持续平稳发展的需求。
显然,对联通来说,无论移动采取什么策略,联通只要采取不涨价策略都可以获得更优的支付。对于移动来说,无论联通采取什么策略,移动只要采取不涨价策略都可以获得更优的支付。这样不涨价就是两个公司的占优策略,所以两家公司都会采取不涨价策略,各获得50的支付(50,50)。当该博弈处于(不涨价,不涨价)策略组合时,联通和移动都无法通过改变自己的策略来获得更好的支付,于是博弈到达纳什均衡状态。
1.2 专业化施工
通过公开招标,优选煤炭、冶金、有色系统的单位施工。这些单位长期专业从事竖井施工,使用目前国内较为前沿的施工装备,且配置齐全,施工工艺成熟,施工经验丰富。他们在工程地质条件复杂、高地应力、矿岩破碎的金川矿区,创造了大断面竖井月成井120 m的记录;同时在3条不同竖井施工中,取得了6次月成井超100 m的好成绩。
金川矿区在用及在建的28条竖井中,明竖井27条,盲竖井1条。这些竖井集中在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个已开发的矿区;Ⅳ矿区只完成了基建探矿和可行性研究工作,还未开发利用。竖井在生产使用中,一旦出现井筒变形破坏,返修难度远大于平巷。在综合考虑后期生产成本的基础上,竖井建设在项目立项时,应优先考虑最近功能竖井,将已建竖井和新建平巷、新建竖井结合起来,多方案做技术经济比较,择优选择,可建可不建的,坚决不建。同时在竖井布置上,需综合考虑整个金川矿区;局限在单个矿区开发建设,势必造成后续矿区投资大、建设工期长,特别是相邻矿区之间。如Ⅳ矿区还未开发建设,在相邻的Ⅱ矿区布置竖井时,各功能竖井既要考虑自身能力,同时要结合相邻的Ⅳ矿区情况,是否能够实现2个矿区竖井资源的综合利用;通过综合分析比较,在竖井选址、结构参数以及设备选型等方面,超前考虑实施。
1.3 提升装备水平
矿业科技进步,取决于矿业设备的发展。通过引进专业化施工队伍,带来了目前国内甚至是世界同行业较为前沿的施工装备——Ⅳ型或Ⅴ型井架、6臂伞形钻架、1台或2台φ3 m提升机、0.6 m3抓岩机、3或4 m3吊桶。表1中列出的7条竖井,净直径都不小于5 m,大直径竖井提供了更多设备使用空间。公司在竖井建设中,使用了0.6 m3抓岩机和小型挖掘机出矸。矿山工程分公司是公司自有矿建施工队伍,在竖井施工中,采用的基本是1或1.2 m3吊桶,还未使用过3或4 m3吊桶。竖井支护国内已普遍采用滑模,但对我们来说,还是个新鲜物件。公司长期坚持科技兴企,多年来,开展了大量的科研工作。矿山现代化建设突出表现在采矿环节,大型凿岩台车、铲运机、矿用卡车等现代化设备投入生产实践,极大提高了作业效率,优化了采矿工艺;但公司在矿建装备上,还处于落后状态。尽管前几年引进了抓岩机,但使用状况不甚理想,竖井出矸普遍采用人工方式,效率极其低下,竖井月进度还在20~30 m范围内徘徊,差距是明显的。提升装备水平,对于公司自有矿建队伍发展壮大,加快公司矿建工程施工进度,尽早实现投资变现,有着不可估量的作用;同时也可以为我们走出去开拓外部市场,拓展外部发展空间奠定基础。
金川矿区深部竖井施工遇到的主要问题是岩石破碎,断裂断层发育,地应力大,裂隙水多且富含硫酸根侵蚀离子。这些情况之所以存在,主要是由于竖井设计施工前,竖井位置地质及水文状况勘查简单或未进行,多是参照过去已取得的成果,进行项目设计和施工。虽然在2000年以后,开展了矿区深部设计应力场和岩石力学研究,但从矿区宏观上看,竖井位置局部区域勘查研究得不完善,不论是从设计、施工、安全管理哪个方面,作业现场都超出预计。
表1 竖井工程设计参数及设计支护方式比较
![width=708,height=186,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/06/c8686fbedccaf05850f4915962171efa.png)
工程名称井深/m井底标高/m净直径/m设计主要支护方式矿区14行风井715.0+1 000.06.5400 mm厚的C25素混凝土结构Ⅱ18行副井1 165.0+636.06.5450 mm厚的C30/C40素混凝土结构Ⅱ46行副井718.5+1 006.55.0400 mm厚的C30/C35素混凝土结构ⅡⅢ矿区主井675.0+1 063.05.3400 mm厚的C30素混凝土结构ⅢⅢ矿区副井723.0+1 015.06.3450 mm厚的C30素混凝土结构Ⅲ24行主井1 072.0+725.05.6450 mm厚的C40单层钢筋混凝土结构Ⅱ龙首混合井1 083.7+742.56.7100 mm厚的喷锚网+350 mm厚的C40双层钢筋混凝土结构Ⅰ
2 竖井建设改进
2.1 竖井选址前期地质水文勘查
截至目前,金川矿区已经施工好的直径超过6 m的井筒有7条,在设计、施工和管理等方面,取得了一些经验;但随着开采深度的加大,先行开拓工程深度超过了1 000 m,如24行主井深1 100 m,18行副井深1 165 m,混合井深1 076 m。尽管这3条千米深井施工最终取得成功,但它们在设计前期,工程地质、水文地质勘查不祥或未进行勘查,使得施工过程中的不可预见性加大。这3个井筒,只有混合井地质和水文条件相对较好;24行主井、18行副井均在施工中,遇到条带状混合岩、层状碎裂结构,节理、断层、挤压破碎带发育,赋存裂隙水非常丰富,涌水量随井深的加大而不断增加,井筒最大涌水量分别达到101.5和45 m3/h。24行主井水样化验分析结果表明,水中存在硫酸根侵蚀离子,含量在1 100~1 359 mg/L之间。按照地下水侵蚀性判定标准划分,这种水对普通硅酸盐水泥浇筑的井壁有强侵蚀性,为结晶型侵蚀,对井筒装备的侵蚀也会很严重。实际施工中遇到的不确定性因素,使得井筒施工效果与计划工期(24行主井合同工期24个月,实际工期51个月;18行副井合同工期25个月,实际工期35个月)、成井质量、投资等产生了较大差异,工期、质量、费用等受到严重影响。可见,竖井施工图设计前,应有地质勘察或预报图。
2.2 设计与实际结合及优化
(1)设计
从已建成的竖井中,选择了具有代表性的7条竖井,具体设计及支护参数见表1。从表中可看出,金川矿区竖井设计支护方式主要为C30/C40素混凝土或单层钢筋混凝土,其中C30/C40素混凝土支护占65%,C40单层钢筋混凝土占18%。龙首矿混合井设计支护最强,14行风井设计支护最弱。
(2)实际支护
营养肉汤和营养琼脂,北京陆桥技术股份有限公司提供;Bst DNA聚合酶、MgCl2和dNTPs,大连宝生物工程有限公司提供;荧光试剂,Sigma公司提供;实时荧光LAMP内、外引物,合成于大连宝生物工程有限公司;DNA提取试剂盒,北京全式金生物技术有限公司提供。
(2)各矿区变形破坏严重区段
表2 井筒实际各种支护方式所占比例
![width=500,height=164,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/06/438341c6e1a12814a45a458c2edc8f60.png)
工程名称C30/C40素混凝土/%钢 筋混凝土/%井圈+单层钢筋混凝土/%单层喷锚网护壁/%14行风井937—7.718行副井56.831.89.313.746行副井93.46.6—13.8Ⅲ矿区主井76.723.87.526.7Ⅲ矿区副井46.944.98.230.8
其四,作品中两种相近的审美质素并置而相成,如顾凝远《山水法》中,论画之笔墨须“腴而润,生且拙”,腴与润,生与拙,显然是两种相近的审美品质,但光有其中任何一方皆有失,须两者互相限定,并置相成,方得妙处。韩拙论述山水画风格时,亦认为“画有纯质而清淡者,僻浅而古拙者,轻清而简妙者,放肆而飘逸者,野逸而生动者,幽旷而深远者,昏暝而意存者,真率而闲雅者”⑦,实为一理。
2.3 整合竖井资源,发挥综合功效
通过专业化施工队伍的引进,加快了公司矿山项目的建设进度;同时在引进中吸收,提高了公司项目管理水平,改进了公司竖井施工工艺,促进了公司自有施工队伍能力的提升。
3 制定水处理预案,防范水危害
对涌水情况认识不足,防治水措施简单,造成竖井施工进度下降,甚至被迫停工,是竖井实际工期远大于合同工期的重要原因。7条竖井施工进度(包括施工准备期及马头门施工时间)见表3。
表3 竖井施工记录
![width=463,height=210,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/06/4eab39a3db9972a714cfd7ebc9dbf2a6.png)
工程名称工期/月施工进度/(m·月-1)平均最高施工进度超百米次数涌水量/(m3·h-1)14行风井17.047.7108.0236.018行副井20.533.0101.0135.046行副井12.047.9120.033.624行主井24.030.070.0—30.0Ⅲ矿区主井11.534.280.5—约0.5Ⅲ矿区副井11.528.352.5—约0.5龙首混合井22.035.070.5—基本无水
根据相关资料,国内净直径5.5~6.5 m、混凝土支护的竖井,月平均施工进度参考指标:涌水量<5 m3/h时,为30 m;涌水量<30 m3/h时,为27 m。表3中金川矿区竖井月平均施工进度为38 m;但是金川矿区岩石稳定性比全国大部分矿区更差,施工难度更大,支护工艺更为复杂。根据《有色金属矿山井巷工程施工及验收规范》,井巷混凝土支护早期强度达到设计要求的70%时,方可拆除模板,一般不宜少于5昼夜。金川矿区竖井为短段掘砌施工,工序衔接已很紧凑,几乎没有间歇时间,一般是24 h一个循环。也就是说,混凝土井壁浇筑完后24 h,即拆除模板。如果一味要求加快施工进度,将会使刚浇筑完的混凝土井壁在未达到足够强度前,因井筒工作面出完渣而失去支撑,井壁将会出现横向裂缝;而且在井壁混凝土强度增长期,过早放炮震动,会使混凝土内部出现裂纹,降低混凝土最终强度。
竖井施工进入深部后,岩石构造中赋存的裂隙水随井筒开挖,大量涌出,涌水中富含硫酸根侵蚀离子,不但影响施工进度,而且侵蚀井筒混凝土支护体和装备。24行主井在井深111 m(+1 686.6 m)处,井壁出现渗水;在井深156 m(+1 641.6 m)处,涌水量大于5 m3/h;之后随着井深增加,涌水量逐渐增大;在井深1 097.6 m(+700 m)处,涌水量达到最大值101.5 m3/h。大量涌水,导致掘进效率大幅下降,原计划50 m/月的掘进进度,最后下降至20 m/月。其间8次被迫停掘,采用化学浆液脲醛树脂、P·O 42.5水泥加纳米灌注剂充填固化,进行注浆堵水;直到2008年10月,井筒才掘进到底,实际工期4.25 a。东部贫矿开采回风井在井深25 m处,开始出现涌水;在井深27 m(+1 665.89 m)处,涌水量增大,最大达28 m3/h(约672 m3/d)。因涌水,井筒开挖过程中,井壁不断塌方。为此,施工单位先后6次被迫停止井筒开挖,业主多次研究制定治水方案,先后采用超前注浆、补注浆+短注短掘的施工方案,工作面及壁后补注浆+密集井圈+背板的方案及永久堵水方案,普通硅酸盐水泥+水玻璃双液注浆、井筒四周施工降水井超前抽水等方案,仍无法保证井筒正常下掘;最后采用冻结法施工,方才通过含水层,使井筒恢复正常施工。
4 结 语
金川矿区复杂的地质构造,在世界范围内具备代表性,矿区竖井建设成果明显。
(1)竖井位置要选择在围岩稳定、地应力小、水文地质简单、采动影响小的地段;但在金川矿区,完全达到此要求,较为困难。因此,矿区岩石力学研究必须持续不断开展;单体工程,特别是竖井工程前期的地质和水文勘查十分必要。
(2)不良岩层条件(如破碎岩体、过断层构造带、井筒超大涌水量)以及超深竖井,井筒支护结构型式要丰富;应根据井筒深度及矿区岩体工程地质、水文地质条件,分门别类进行设计。支护强度设计要有储备,使得井筒成井后,能得到长期有效支撑。
高中化学是一门深奥复杂的学科,其中的化学原理和现象都需要以化学的相关实验来进行学习,又由于学校实验设备和器材的缺少以及课时安排等因素,高中生只能从书本上学习抽象固定的知识和定理.而在高中的化学实验教学中引用先进的信息技术可以很好的解决学生实验少、动手少的问题,生动形象地帮助学生深刻理解化学反应的原理以及相关的实验现象,因此将信息技术与高中化学实验教学相结合能够极大地提高高中化学实验的教学效率.
(3)施工方案设计十分重要。竖井施工前,要充分考虑金川矿区围岩地质状况,根据井筒直径、深度及工程地质、水文地质条件,编制针对性强、预案丰富的《施工组织设计》,以便指导施工,防范施工风险。
(4)中标的施工队伍必须坚持高标准要求,施工组织管理严谨有序,施工工艺前沿,施工装备领先,施工经验丰富,信誉度好;尤其是选派的项目经理,必须业绩优良。
(5)金川矿区竖井施工遇到的问题,主要集中在地质结构复杂、围岩地应力危害大和不可预见的涌水影响等方面。在竖井项目实施中,必须在工程量、投资规模和竖井结构参数上,加以防范控制。
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