一種新型整體道床施工技術(shù)在梅山鐵礦的應(yīng)用

許志逞

(南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司)

梅山鐵礦井下-420 m水平有2個(gè)卸礦線承擔(dān)著鐵礦石的轉(zhuǎn)運(yùn)工作，在長期處于重車碾壓狀態(tài)下，出現(xiàn)了一系列問題：①-420 m水平2個(gè)卸礦線進(jìn)口區(qū)域的道床采用原始鋪軌方式，即使用道砟鋪底，上部安裝鋼筋混凝土軌枕為基礎(chǔ)的鋼軌，形成原始道床，但該型式的道床基礎(chǔ)不實(shí)，整體強(qiáng)度較差，無法經(jīng)受常年累月的重車碾壓；②由于原始道床整體強(qiáng)度較差，受重車碾壓后極易出現(xiàn)道床整體下沉現(xiàn)象；③軌道下沉后，導(dǎo)致25 t電機(jī)車車頭隨之下沉，并使得卸礦線進(jìn)口的水平托輪和豎向支撐輪之間的高差加大，電機(jī)車車頭和水平托輪和豎向支撐輪發(fā)生硬性接觸、碰撞，致使重車進(jìn)入卸礦線不順暢，出現(xiàn)重車掉道、卡卸礦線等問題；④由于電機(jī)車車頭與卸礦線進(jìn)口的水平托輪和豎向支撐輪長時(shí)間處于硬接觸狀態(tài)，導(dǎo)致電機(jī)車車頭、水平托輪和豎向支撐輪磨損嚴(yán)重，故障率偏高，維修頻繁，維修成本居高不下。本研究針對(duì)上述問題，對(duì)該礦-420 m水平2個(gè)卸礦線進(jìn)口的道床爆破開挖施工方法進(jìn)行優(yōu)化，提出一種新型整體道床施工技術(shù)，并進(jìn)行工程應(yīng)用。

1 卸礦線進(jìn)口整體道床施工技術(shù)

為確保-420 m水平卸礦線進(jìn)口區(qū)域道床的整體施工強(qiáng)度，通過在卸礦線進(jìn)口區(qū)域施工整體道床，爆破拆除原有的破損道床，重新施工加固錨桿，敷設(shè)多層鋼筋網(wǎng)，安裝預(yù)埋螺桿，安裝鋼板作為道床，整體澆筑高強(qiáng)度灌漿料形成鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

1.1 爆破摳除原始道床基礎(chǔ)

1.1.1 松動(dòng)爆破工藝原理

松動(dòng)爆破工藝優(yōu)點(diǎn)為：①一次爆破的巖石、土石方量非常大，工期較短，工程施工進(jìn)度較快，鑿巖爆破效率非常高；②打眼過程中無需大型鑿巖設(shè)備，打眼施工簡單便捷；③整個(gè)施工過程不受地質(zhì)、地形、氣候、交通等條件制約，施工方便[1-4]。松動(dòng)爆破工藝的適用條件為：①爆破區(qū)域遠(yuǎn)離民房、隧道等建(構(gòu))筑物，周圍環(huán)境允許，并且山高陡峭，大型、重型設(shè)備上山施工比較困難[5-6]，山頂比較狹窄，使用大、重型設(shè)備不具備條件，露天礦山建設(shè)初期，大、重型設(shè)備未全部配備到位，為滿足基建工期要求，可優(yōu)先采用松動(dòng)爆破工藝；②工期要求較緊，爆破的巖石、土方量非常大時(shí)，爆區(qū)周圍環(huán)境和地形條件非常適合于露天礦剝離爆破、路塹和道路基礎(chǔ)開挖、定向爆破處理筑壩、移山填海(溝)、引水渠開挖、圍堰拆除、井下采空區(qū)充填及殘留礦柱回采回收、堰塞爆破疏通、地面場地平整、石料開采等各類工程，均可以使用松動(dòng)爆破工藝[7]。梅山鐵礦-420 m水平卸礦線進(jìn)口區(qū)域道床底部堆積的渣石以混凝土、道砟及巖石為主，渣石的總體強(qiáng)度小于礦體內(nèi)的礦石、巖石，故而可以采用小直徑炮孔，應(yīng)用松動(dòng)爆破工藝進(jìn)行處理[8-9]。

1.1.2 松動(dòng)爆破方案設(shè)計(jì)

根據(jù)卸礦線進(jìn)口區(qū)域風(fēng)水管線、控制電器、電纜等的布置情況、爆破保護(hù)難易程度及控制爆破后飛石的方向，選擇風(fēng)、水管一側(cè)為本研究爆破方向。

卸礦線基礎(chǔ)控制爆破要求完成軌道基礎(chǔ)的成型尺寸，方便人工出渣，并且要求破壞范圍盡可能小。因此，本研究將裝藥炮孔布置于卸礦線進(jìn)口軌道基礎(chǔ)范圍輪廓線和中心線內(nèi)部(圖1)。

圖1 卸礦線基礎(chǔ)爆破開挖炮孔布置示意(單位：mm)

根據(jù)圖1炮孔布置方式，具體爆破參數(shù)取值如表1所示。

表1 爆破參數(shù)取值

本研究采用半秒非電雷管起爆，各裝藥炮孔的起爆段位見表2，雷管共計(jì)14發(fā)，非電傳爆管長度為500 m。

1.2 整體道床設(shè)計(jì)與施工

首先采用松動(dòng)爆破工藝開挖1個(gè)一定尺寸的基坑，在基坑內(nèi)打注生根錨桿，并利用生根錨桿敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，預(yù)埋高強(qiáng)鋼螺桿，調(diào)整到水平標(biāo)高；然后安裝預(yù)埋鋼板，分2次使用高強(qiáng)度灌漿料澆灌鋼筋混凝土基礎(chǔ)，形成帶預(yù)埋鋼板的鋼筋混凝土基礎(chǔ)道床；最后在道床上敷設(shè)鋼軌，形成極高強(qiáng)度的帶鋼板的鋼筋混凝土道床和軌道。

1.2.1 基坑開挖

對(duì)整體道床基礎(chǔ)進(jìn)行松動(dòng)爆破處理后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基礎(chǔ)渣石的爆破松動(dòng)，利用風(fēng)鎬對(duì)基坑根部的渣石進(jìn)行二次摳除和松動(dòng)，確?；娱_挖至基巖，人工將基礎(chǔ)渣石清理干凈，最終形成1個(gè)長8.0 m、寬1.8 m、深度1.0 m的基坑。

1.2.2 生根錨桿施工

為確保整體道床基礎(chǔ)的整體強(qiáng)度，在開挖后的基坑范圍內(nèi)，施工生根錨桿(圖2)作為軌道基礎(chǔ)和基巖的連接加固體，錨桿由φ18 mm螺紋鋼制成，長2.0 m，滿注漿深度為1.0 m，外露長度為1.0 m，錨桿網(wǎng)度為0.8 m×0.8 m，打注后的螺紋鋼錨桿養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于1 d。

圖2 基坑內(nèi)生根錨桿施工現(xiàn)場

1.2.3 鋼筋網(wǎng)施工

為確保整體道床基礎(chǔ)堅(jiān)固，在開挖后的基坑范圍內(nèi)，利用施工后的生根錨桿作為基礎(chǔ)扎鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)材質(zhì)為φ18 mm螺紋鋼，網(wǎng)度為200 mm×200 mm，層間距為200 mm，橫向和豎向搭接的螺紋鋼之間應(yīng)焊接牢固，敷設(shè)的鋼筋網(wǎng)與基坑內(nèi)的生根錨桿應(yīng)焊接成一個(gè)整體，以保證形成一個(gè)完整穩(wěn)定的鋼筋網(wǎng)框架基礎(chǔ)(圖3)。

圖3 基坑內(nèi)鋼筋網(wǎng)施工現(xiàn)場

1.2.4 預(yù)埋螺栓安裝

首先將基坑平均分為4個(gè)區(qū)域，區(qū)域尺寸為長2.0 m、寬1.8 m、深1.0 m，每個(gè)區(qū)域內(nèi)布置4根高強(qiáng)鋼螺桿，共布置16根預(yù)埋螺桿，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的預(yù)埋螺桿布置方式見圖4。在扎鋼筋的同時(shí)，將預(yù)埋螺栓與鋼筋網(wǎng)焊接為一體，螺栓材質(zhì)為M36×500 mm 高強(qiáng)度鋼(螺紋段長250 mm)，現(xiàn)場預(yù)埋螺栓如圖4、圖5所示。

1.2.5 澆筑灌漿料加固預(yù)埋螺栓

本研究采用高強(qiáng)度灌漿料對(duì)基坑內(nèi)澆筑1層長2.0 m、寬1.8 m、厚0.5 m的混凝土基礎(chǔ)，使之形成一個(gè)完整的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，澆筑過程中確保預(yù)埋螺栓有130 mm的長度被混凝土固定，以保證預(yù)埋螺栓的整體強(qiáng)度。

圖4 螺栓預(yù)埋示意(單位：mm)

圖5 螺栓預(yù)埋現(xiàn)場

1.2.6 安裝預(yù)埋鋼板

采用全站儀對(duì)卸礦線進(jìn)口處的基礎(chǔ)軌道和卸礦線基坑后側(cè)軌道的軌面標(biāo)高進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，順次完成16根預(yù)埋螺桿上底部固定螺母位置調(diào)整和標(biāo)定工作，標(biāo)定到位后將底部螺母和螺桿焊接成一個(gè)整體，使用2 t手拉葫蘆順次將4塊鋼板(長2 m、寬1.7 m、厚0.032 m)安裝于預(yù)埋的螺桿上，同時(shí)使用螺母將鋼板進(jìn)行固定(圖6)。

圖6 預(yù)埋鋼板現(xiàn)場安裝情況

1.2.7 澆筑灌漿料形成整體道床

采用高強(qiáng)度灌漿料對(duì)基坑內(nèi)進(jìn)行二次澆灌，完成剩余基坑的澆灌工作，以灌漿料和兩側(cè)的原有基礎(chǔ)平齊，且完全與預(yù)埋的鋼板上表面平齊為標(biāo)準(zhǔn)，使之形成一個(gè)完整的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，確保預(yù)埋螺栓、鋼筋網(wǎng)和鋼板通過混凝土進(jìn)行膠結(jié)固定，最終形成抗壓強(qiáng)度超過100 MPa的鋼筋混凝土整體道床(圖7)。

1.2.8 在整體道床上安裝軌道

待鋼筋混凝土整體道床養(yǎng)護(hù)3 d后，恢復(fù)整體道床上的鋼軌，復(fù)測卸礦線進(jìn)口、整體道床區(qū)域和道床后側(cè)3個(gè)區(qū)域的軌道上表面標(biāo)高，確保3個(gè)區(qū)域的軌面標(biāo)高保持一致，保證運(yùn)礦大車順利通行。

圖7 鋼筋混凝土整體道床施工現(xiàn)場

2 施工效果

在施工之前，技術(shù)員應(yīng)做好對(duì)操作工的技術(shù)培訓(xùn)工作和施工方案交底工作；施工階段技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場全流程跟班指導(dǎo)，確保炮孔施工、炸藥裝填、起爆作業(yè)、渣石清理、錨桿打注、鋼板和軌面標(biāo)高調(diào)節(jié)、預(yù)埋螺桿和鋼板安裝、高強(qiáng)度灌漿料澆筑等施工過程安全高效進(jìn)行，保證整個(gè)工程的施工進(jìn)度和質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求[11]。本研究采用的帶預(yù)埋鋼板的鋼筋混凝土整體道床施工技術(shù)有效解決了-420 m 水平卸礦線進(jìn)口道床下沉的難題，有效提高了基礎(chǔ)開挖效率。

3 結(jié) 論

(1)通過在地下礦山卸礦線基礎(chǔ)開挖清理中引入松動(dòng)爆破工藝，可有效提高基礎(chǔ)開挖效率。

(2)準(zhǔn)確進(jìn)行分段起爆可有效確保炸藥能量被充分利用。

(3)帶預(yù)埋鋼板的鋼筋混凝土道床施工技術(shù)解決了由于基礎(chǔ)下沉導(dǎo)致的電機(jī)車車頭碰撞水平托輪和豎向支撐輪、重車掉道、卡卸礦線等難題，保證了卸礦線的安全使用，提高了鐵礦石的生產(chǎn)效率。