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溜井封堵是非煤矿山中针对溜井工程经常采用的一种处治措施。一般溜井封堵的方法主要包括斜撑圆木封井法、平铺圆木封井法、下口封井法、混凝土封井法等[1].但是这些方法无法实现溜井垮塌跨度大且溜井不放空状态下的溜井封堵，制约该条件下的溜井封堵的一个重要问题就是如何确定合理的溜井封堵压力，并以此为依据实现溜井封堵结构的安全、经济设计。

　　本文针 对 国 内 外 溜 井 封 堵 的 相 关 理 论 和 方法[2-7]展开探讨，结合首钢矿业公司杏山铁矿的满井条件下大垮塌主溜井封堵工程的应用，对几种理论的科学性和适应性进行比较分析，为类似条件下的溜井封堵结构设计提供参考。

　　1 工程概况。

　　首钢矿业公司杏山铁矿是一座年产320万t矿石的地下大型铁矿，作为矿山唯一的主溜井，担负着整个矿山转运的重任，成为矿山的咽喉工程。主溜井距离主井45m、距离副井50m.

　　自2010年12月起，主溜井在不同水平相继出现井壁锰钢板磨透、滑落及井壁围岩的大范围垮塌现象（图1），其中最大垮塌跨度达到20m.主溜井的严重垮塌严重影响自身的使用，对附近井底车场设施及主井、副井工程构成极大威胁。

　　由于矿山生产需要，生产水平需由-180m水平转至-330m水平，即主溜井-330m以下部分仍需继续使用。因此，必须对主溜井-330m以上部分进行封堵。由于主溜井的垮塌范围较大，采用常规的放空条件下进行封堵，危险性极大，且占用工期时间较长，极有可能导致主溜井排空后围岩继续垮塌，影响主副井的正常使用。为了保证整个工程系统的稳定性，封堵工程必须做到安全、高效、低成本、短工期。为此，北京矿冶研究总院提出了基于大垮塌溜井的废石填充满井条件下跟管钻进-可控灌注浆-大吨位预应力锚索的封堵施工方案。

　　2 溜井封堵压力探讨。

　　对于上覆150m高的松散岩体，作用于封堵结构上荷载大小直接影响着封堵结构的设计。由于松散岩体的应力分布状态复杂，封堵压力较难确定，因此国内外存在多种计算公式及理论。为了实现封堵结构的结构合理、稳定安全、高效经济，结合杏山铁矿的主溜井封堵工程，有必要对满井条件下作用于封堵结构上的封堵压力进行探讨分析。

　　2.1计算方法。

　　2.1.1上覆容重法该方法的计算见式（1）。此种方法仅考虑了上覆松散体的重量，未考虑松散体与溜井井壁、松散体之间相互作用影响。因此，此种计算方法计算的封堵压力值最为保守。

　　q=rh（1）式中：

　　γ为散体的容重，kN/m3;h主溜井中的储矿高度，m.

　　2.1.2 Janssen公式法该方法的计算见式（2）[2-4].Janssen公式是在垂直料仓情况下，根据垂直方向上散体容重不变，散体垂直压力沿水平面上均匀分布、散体内任意点（包括仓壁）的水平压力与垂直压力成比例的假设条件下得出的。

　　Janssen公式基本上反映了散体的垂直压力随散体深度和仓体几何尺寸的变化规律。

　　长期的生产实践过程中发现，该公式的计算结果往往比实际底板承受压力仍然偏大，但具体的偏大幅度没有一个定量的描述。

　　

　　式中：q为料仓底部所受的平均垂直压力，kPa;γ为散体的容重，kN/m3;F为料仓的水平面积，m2;f0为散体与仓壁的摩擦系数，f0 =tanφ0;φ0为散体与仓壁的摩擦角，°；u为料仓水平周长，m;h为溜井中储矿高度，m;K为散体侧压力系数，K =1-sinφ/1+sinφ.

　　2.1.3规范推荐法根据《钢筋混凝土筒仓设计规范》（GB50077-2003）的相关规定[5],对于深仓时，储料作用于仓底或漏斗顶面处单位面积上的竖向压力q应按式（3）计算。

　　q=Cvγρ[1-exp（-μkhn/ρ）]/μk（3）式中：q为料仓底部所受的平均垂直压力，kPa;γ为散体的容重，kN/m3;Cv为深仓储料竖向压力修正系数；ρ为筒仓水平净断面的水力半径；μ为储料与仓壁摩擦系数；k为侧压力系数；hn为溜井中的储矿高度，m.

　　2.1.4日本溜井委员会推荐法日本溜 井 委 员 会 对 溜 井 井 底 压 力 进 行 了 阐述[6],认为当溜井内矿石量达到一定程度时，与溜井长度（矿石贮量、高度）无关，只取决于溜井直径，可以认为压力大致相当于溜井直径3倍的水柱。

　　2.1.5《采矿技术手册》推荐方法我国《采矿技术手册》（井巷工程卷）对于溜井底部压力的计算也给出推荐方法[7].矿仓中单位水平面上垂直压力的计算根据储矿高度和矿仓溜口水力半径的关系定义了浅仓和深仓。

　　当h<20R时，视为浅仓，其压力表达式见式（4）.

　　q=γh（4）当h>20R时，视为深仓，其压力表达式见式（5）.

　　此种计算方法在我国非煤矿山的采矿及井巷设计中较为常用，计算结果作为采矿及井巷设计依据。

　　

　　式中：q为矿仓中单位水平面上的垂直压力，kPa;γ为矿仓中物料的重力密度，kN/m3;μ为矿石与仓壁之间的摩擦系数，当仓壁为混凝土时，μ=0.4~0.7;当仓壁为钢板时，μ=0.3~0.5;R为矿仓溜口的水力半径，m;h为矿仓中矿石的贮存高度，m;kc为松散矿石的侧压力系数。

　　2.2计算结果对比。

　　根据以上计算方法，结合杏山铁矿主溜井封堵结构特点，在主溜井垮塌跨度13m、上覆150m厚松散岩体条件下，各种计算方法计算的封堵压力结果.

　　通过以上计算结果可以看出，上覆容重法计算结果最大，与其他四种方法计算的封堵压力值大一个数量级，此种方法最为保守，分析认为此种方法的计算结果对于溜井覆载厚度小的情况较为适应，但对于大厚度覆载松散岩体进行封堵结构设计存在设计结果保守的特点。
 

　　Janssen公式法、日本溜井委员会推荐法、规范推荐法和《采矿技术手册》推荐法计算结果更为接近，更具有代表性和科学性，能够作为指导溜井封堵结构设计的依据。

　　3 工程应用。

　　3.1封堵结构设计及工艺参数根据-330m水平封堵位置的几何特征，优选了-340.770m断面最小的位置作为封堵结构的下端位置，以起到塞体结构效应（图2）；同时，考虑到施工作业的安全性，在-330m水平施工措施硐室，进行主溜井封堵结构施工。基于封堵结构抗压、抗弯、抗剪等多方面的考虑，初步确定的封堵结构高度为12.5m.

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