地下大型破碎機(jī)硐室施工方法

馬 杰（大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 黃石 435005）

地下大型破碎機(jī)硐室施工方法

馬 杰（大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 黃石 435005）

上下導(dǎo)硐、天井溜碴、先拱后墻、自上而下分部開(kāi)挖的施工方法，目前在礦山大斷面硐室施工中被廣泛采用，尤其用于中等穩(wěn)定和穩(wěn)定性較差的巖層和圍巖不允許暴露面積過(guò)大、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的硐室施工。

上下導(dǎo)硐；聯(lián)絡(luò)天井；先拱后墻

1 前言

礦山地下的大型破碎機(jī)硐室具有硐室斷面大、長(zhǎng)度小、進(jìn)出口通道狹窄、埋深大，不宜采用大型設(shè)備施工，硐室周圍井巷工程較多，一個(gè)硐室常與其它硐室或井巷相連，圍巖的受力情況比較復(fù)雜，難以準(zhǔn)確分析;硐室服務(wù)年限長(zhǎng)，工程質(zhì)量要求高的特點(diǎn),其施工難度大，成為井建工程中關(guān)鍵部分。針對(duì)每個(gè)具體工程如何選擇科學(xué)合理的施工方法意義十分重大。本文以豐山銅礦第二溜破系統(tǒng)破碎機(jī)硐室施工方法為例進(jìn)行總結(jié)和探討。

2 工程地質(zhì)情況

豐山銅礦是大冶有色金屬公司的主要生產(chǎn)礦山，礦床含銅、金、銀、鉬等多種金屬,可選性好,地理?xiàng)l件優(yōu)越。井下礦石生產(chǎn)規(guī)模為2 200 t/d。

豐山銅礦是高中溫?zé)嵋航淮◣r—斑巖復(fù)合型銅礦床，礦體賦存在巖漿巖與其圍巖的接觸帶附近。圍巖主要為大理巖、白云石大理巖、蝕變大理巖（蛇紋石化），其中穿插花崗閃長(zhǎng)斑巖。受熱接觸變質(zhì)作用，巖漿侵入圍巖中，其熱力使碳酸鹽巖發(fā)生重結(jié)晶變質(zhì)為大理巖—白云石大理巖，巖石穩(wěn)固性較差。巖石巖溶作用中等，裂隙較發(fā)育，裂隙密度為2～12條/m，巖石普氏系數(shù)f=6～8，RQD值 70%～90%，單軸抗壓強(qiáng)度δc=85～105MPa。巖體被多組不同方向節(jié)理所切割，易產(chǎn)生冒頂或片幫；圍巖蝕變強(qiáng)烈，綠泥石化、蛇紋石化、高嶺石化十分普遍，強(qiáng)蝕變巖石遇水即軟化、泥化，易自然垮落。

硐室工程及所處地質(zhì)情況如下。

（1）破碎機(jī)硐室設(shè)在-351m水平，距井口地面431m，硐室掘進(jìn)長(zhǎng)度27.2m，寬9.8m，（拱頂部分寬11.4m）高13.5m，開(kāi)挖量2 861m3，雙層鋼筋混凝土支護(hù)。平面上操作硐室、變電硐室、除塵硐室、大件道與之相連；空間上硐室上部通過(guò)原礦倉(cāng)與-320m中段礦石轉(zhuǎn)載站相聯(lián)通，硐室下部通過(guò)成品礦倉(cāng)與-392m礦石輸送皮帶道計(jì)量硐室相聯(lián)，通過(guò)大件道與副井相連通。

（2）該處圍巖主要為大理巖、白云石大理巖、蝕變大理巖（蛇紋石化），其中蝕變大理巖顏色為黑灰色，塊狀，巖石穩(wěn)固性較差。巖石巖溶作用中等，裂隙較發(fā)育，巖石普氏系數(shù)f=6～8，巖體被多組不同方向的節(jié)理所切割，易產(chǎn)生冒頂或片幫。

（3）施工區(qū)域內(nèi)涌水量小。

3 施工方案的確定

（1）硐室圍巖的穩(wěn)固性較差，裂隙發(fā)育，巖體被多組不同方向的節(jié)理所切割，易產(chǎn)生冒頂或片幫。圍巖不允許大面積暴露，且暴露時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，不能采用全斷面開(kāi)挖。

（2）硐室斷面大，長(zhǎng)度小，進(jìn)出口通道狹窄，圍巖穩(wěn)固性較差，巖石的整體性不好，不能用留礦法施工。

（3）選擇靈活性大，適用性強(qiáng)的導(dǎo)硐法。導(dǎo)硐法施工不需要特殊設(shè)備和機(jī)具，并能根據(jù)不同地質(zhì)條件、硐室斷面和支護(hù)形式變換開(kāi)挖方法。因硐室高13.5m，采用上下導(dǎo)硐，天井溜碴，圍巖不允許大面積暴露，且暴露時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)保證安全作業(yè)采用先拱后墻，自上而下分層分部開(kāi)挖、支護(hù)。

4 施工方案及分析

4.1 施工方案

（1）沿硐室兩邊墻和端墻掘2.2m(寬)×2.6m（高）環(huán)形連通的下導(dǎo)硐，拱部中央掘一條3m（寬）×2.6m（高）上導(dǎo)硐，上下導(dǎo)硐用6條1.8m×1.8m天井聯(lián)通溜碴。通過(guò)下導(dǎo)硐在原礦倉(cāng)位置掘2m×2m的先行小井通-320m中段車場(chǎng)，上導(dǎo)硐與原礦倉(cāng)先行天井貫通。形成了由上下導(dǎo)硐、6條天井（聯(lián)通上下導(dǎo)硐）、原礦倉(cāng)先行小井構(gòu)成的通風(fēng)、下料、行人系統(tǒng)。

（2）整個(gè)硐室分三層四次開(kāi)挖三層澆筑，硐室斷面大，巖石不穩(wěn)固，每層開(kāi)挖一層澆筑一層，每層采用短掘短砌，都以兩頭向中間夾進(jìn)的方式，一頭掘一頭砌。

（3）為防止拱頂和第二層澆筑混凝土下沉開(kāi)裂，每次澆灌混凝土前在澆灌的底部圍巖先打錨桿，為保證分次澆筑混凝土的整體性，上下立接茬模板。

（4）兩頭的端墻每層開(kāi)挖后先采用錨噴臨時(shí)支護(hù)，最后從下至上整體一次性澆筑。

4.2 施工方案分析

（1）采用上下導(dǎo)硐，6個(gè)聯(lián)絡(luò)天井?dāng)?shù)量多，分布位置好，扒碴距離短，環(huán)形下導(dǎo)硐可以多點(diǎn)出碴，十分方便且節(jié)約時(shí)間。

（2）6個(gè)聯(lián)絡(luò)天井和一個(gè)與連通-320m中段車場(chǎng)原礦倉(cāng)的先行小井形成一個(gè)有效的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，使炮煙逸散速度快。在原礦倉(cāng)先行小井中安裝溜灰管下放混凝土料，除拱頂需人工甩鍬外，第一分層以下均用小板車接混凝土送到澆筑工作面，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也加快了施工進(jìn)度。

（3）硐室一頭掘一頭砌，保證施工進(jìn)度，也為混凝土的養(yǎng)護(hù)提供時(shí)間。

（4）采用分層施工和留底部中心巖柱，使分層和中心巖柱作為立模的支撐和基礎(chǔ)，可以節(jié)約大量材料，立模變得簡(jiǎn)單；每層施工作業(yè)高度不大，拱頂砌好后，才開(kāi)始下分層施工，沒(méi)有冒頂、塌方的危險(xiǎn)，安全系數(shù)大。

5 工程施工

5.1 通風(fēng)

在原礦倉(cāng)先行小井與-320m運(yùn)輸中段貫通前，工作面只與進(jìn)風(fēng)的副井相通，為獨(dú)頭施工，炮煙排出困難。為改善作業(yè)條件通風(fēng)天井應(yīng)盡早開(kāi)工。

（1）先施工一側(cè)下導(dǎo)硐到原礦倉(cāng)附近，打原礦倉(cāng)的先行小井通-320m運(yùn)輸中段，首先形成整個(gè)硐室工程的通風(fēng)網(wǎng)路。

（2）然后在原礦倉(cāng)先行小井-320m中段安裝局扇，加強(qiáng)通風(fēng)，形成從副井進(jìn)風(fēng)主井出風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)，完成剩下的下環(huán)形導(dǎo)硐、6條聯(lián)通天井、上導(dǎo)硐。

（3）上下導(dǎo)硐、6條聯(lián)通天井完工后，這樣便形成了主體工程由上下導(dǎo)硐、6條聯(lián)通天井、原礦倉(cāng)先行小井構(gòu)成良好的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

5.2 行人及下料

（1）硐室施工采用一頭掘進(jìn)一頭澆筑混凝土，掘進(jìn)工作面一頭的聯(lián)通天井設(shè)禁止行人告示牌，澆筑混凝土一頭的聯(lián)通天井要將浮渣清理干凈，架設(shè)人行梯和防護(hù)措施后人員才能上下。

（2）小件材料可從人行的聯(lián)通天進(jìn)上下，大件材料如拱架、腳手架等從原礦倉(cāng)的先行小井下放。在-320m運(yùn)輸中段從原礦倉(cāng)的先行小井接一趟溜灰管至硐室內(nèi)工作平臺(tái)，混凝土從-320m中段通過(guò)溜灰管下放至工作平臺(tái)的小板車內(nèi)，運(yùn)至澆筑工作面。

5.3 施工順序

因硐室處的圍巖穩(wěn)固性較差，裂隙較發(fā)育，巖石普氏系數(shù)f=6～8，巖體被多組不同方向的節(jié)理所切割，易產(chǎn)生冒頂或片幫，硐室采用短掘短砌。具體上下導(dǎo)硐、天井溜碴、分層開(kāi)挖見(jiàn)示意圖1。

（1）上下導(dǎo)硐、6條聯(lián)通天井、原礦倉(cāng)先行小井掘進(jìn)后進(jìn)行噴射混凝土60mm厚臨時(shí)支護(hù)。

圖1 上下導(dǎo)硐、天井溜碴、分層開(kāi)挖示意圖

（2）硐室分三層四次開(kāi)挖三層澆灌，開(kāi)挖成梯形臺(tái)階形狀，第一層以上導(dǎo)硐為切割槽，進(jìn)行拱部開(kāi)挖，開(kāi)挖至拱基下0.5m，第二層開(kāi)挖至4.6m，第三層開(kāi)挖時(shí)在硐室中心留5.4m×4.6m的中心巖柱，待硐室澆筑完工拆模后再進(jìn)行中心巖柱（第四次）開(kāi)挖。

（3）每層開(kāi)挖先拉聯(lián)通天井上部喇叭形的漏斗口，為獲得平整的輪廓面，拱頂與側(cè)墻均需留600mm光面爆破層，掘進(jìn)工作面超前光面爆破破面一茬炮的距離，然后光面層再與掘進(jìn)工作面同時(shí)向前推進(jìn)。光面層減少裝藥量采用空氣間隔裝藥。

（4）硐室短掘短砌，第一層拱部每3m一個(gè)循環(huán)，第二層每4m一個(gè)循環(huán)、第三層每5m一個(gè)循環(huán)。每層均采用從兩頭向中間夾的方式，一頭掘進(jìn)另一頭立模、澆灌、養(yǎng)護(hù)。支護(hù)用的腳手架、拱架、模板，拆模后直接從一頭搬到另一頭進(jìn)行立模。

（5）為防止拱頂和第二次澆灌混凝土下沉開(kāi)裂，每次澆灌混凝土前在澆灌的底部圍巖先打三排錨桿，錨桿為螺紋鋼Φ20mm，長(zhǎng)度L=1.6m，呈梅花形布置，外露350mm預(yù)埋在澆灌混凝土內(nèi)。為保證分次澆灌混凝土的整體性，立三角形的接茬底模，下層澆灌頂部接頭時(shí)也采用接茬頂模，接頭處澆灌時(shí)用振動(dòng)棒振密實(shí)。

（6）兩頭端墻每層開(kāi)挖后先采用錨噴臨時(shí)支護(hù)，一頭的端墻與操作硐室一起從下至上整體一次性澆筑。另一頭端墻待給礦機(jī)硐室與原礦倉(cāng)掘進(jìn)后與給礦機(jī)硐室與原礦倉(cāng)一起從下至上整體一次性澆筑。

6 施工中出現(xiàn)的問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

（1）變配電硐室支護(hù)破壞。變配電硐室為破碎硐室的輔助硐室，位于破碎硐室一側(cè)，兩硐室的保安巖柱厚6m，有通道與破碎硐室相通。變配電硐室長(zhǎng)9m、寬4m、高4.5m，設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。為存放作業(yè)工具，變配電硐室先施工。在破碎硐室第二層開(kāi)挖后，變配電硐室位于破碎硐室一側(cè)支護(hù)好的邊墻和拱頂，出現(xiàn)大面積開(kāi)裂、掉塊。施工方將破壞支護(hù)層敲掉，重新打錨桿掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。當(dāng)破碎硐室第三層開(kāi)挖后，變配電硐室位于破碎硐室一側(cè)重新支護(hù)的邊墻和拱頂，又出現(xiàn)大面積開(kāi)裂、掉塊。

分析認(rèn)為由于破碎硐室斷面大，圍巖不穩(wěn)固，每層開(kāi)挖后，圍巖應(yīng)力重新分布，根據(jù)圍巖的產(chǎn)狀，變配電硐室與兩硐室間6m的保安巖柱剛好應(yīng)力集中區(qū)，導(dǎo)致破壞。只有等破碎硐室施工完，圍巖集中應(yīng)力釋放、圍巖穩(wěn)定后，才能進(jìn)行加固處理。按分析的結(jié)果進(jìn)行處理后取得了好的效果。

吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：大斷面硐室圍巖條件差時(shí)，施工會(huì)引起圍巖應(yīng)力的重新分布，其周邊布置的輔助硐室為避免受其影響，應(yīng)待其完工后再施工。

（2）第一層拱頂澆筑時(shí)有一個(gè)循環(huán)，由于停電未一次性澆筑完成。在第二層施工時(shí)這個(gè)循環(huán)作業(yè)部位出現(xiàn)三條小的裂紋，等第三層邊墻澆筑完工后，裂紋的發(fā)展才停止。

吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：①澆筑一個(gè)循環(huán)應(yīng)一次性澆筑完成，澆筑質(zhì)量才有保證。②當(dāng)大斷面硐室從上往下澆筑時(shí)，每次澆筑的混凝土自重大，澆筑前在澆筑的底部圍巖先打錨桿防止?jié)仓炷料鲁潦峭耆匾?，且錨桿的規(guī)格與數(shù)量要進(jìn)行計(jì)算。

7 結(jié)語(yǔ)

（1）豐山銅礦第二溜破系統(tǒng)破碎機(jī)硐室施工保證了工程質(zhì)量和工程進(jìn)度，通風(fēng)、安全、勞動(dòng)強(qiáng)度都達(dá)到了較好的效果，取得了好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）上下導(dǎo)硐、天井溜碴、先拱后墻、自上而下分部開(kāi)挖的施工方法，目前在礦山大斷面硐室（破碎硐室）施工中被廣泛采用，尤其用于中等穩(wěn)定和穩(wěn)定性較差的巖層和圍巖不允許暴露面積過(guò)大、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的硐室施工。

[1] 徐小荷.采礦手冊(cè)第2卷[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

Construction method of large underground crusher chamber

The construction methods using over-and-under pilot drift,raise drafting slag,arch construction before wall and excavation from top to bottom were widely adopted in the construction of large section chamber in mine at present,and especially used in the construction of chamber with medium stability and poor stability rock and surrounding rock which exposed area and time were not allowed too large and long.

over-and-under pilot drift;connecting raise;arch construction before wall

1672-609X（2010）05-0026-04

TD264＋.3

B

2010-03-17

2010-07-28

馬 杰（1974-），男，湖北天門人，采礦（井建）工程師，從事礦山建井技術(shù)與管理工作。