軟弱巖層中的破碎系統(tǒng)下部礦倉施工的實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TD263 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1004-4345（2025）03-0007-04

AbstractToaddressthechallengesofconstructing large-section lowerorebins inweak rock strata-characterized byhigh technical difficulty and stringent safety requirements，an integrated construction scheme of“raise boring + drilling-blasting downward excavation/enlargement + layered concreting\"was proposed and applied based on practical experience from a metal mine's crushing systemproject.Thesolutioninvolves threekeyphases：first，aguideraisewasdriledusingaraiseboring machnetoconnectwiththe lowerlevel，singasblasfreuaceanduckmoalael;sondlytopodowardargemeniadrilising withstrctlyoptizedblastparametestozeuroudngckdistubance;fiallsteelforcedocetelingisled throughsegmentwisesupportcasting.Tepracticeesultsdemonstratethatthisapproachnsuredonstructionsafetythroughpaalel operations （upper/lowerorebins）viaplanedmuckroutesadsafetyisolationmeasures，significantlyincreasedconstructiociency reducedconstruction time by15days for thelowerore bin，and acceleratedoverallcrushingsystem completion by43 days.

Keywordscrushingsystem;lowerorebin;raiseboring method;driling-blasting method;layeredcasting;weakrock strata; construction safety

溜破系統(tǒng)是地下礦山基建期關(guān)鍵工程，直接關(guān)系著整個(gè)礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的形成I。在金屬礦山建設(shè)施工中，其下部礦倉施工進(jìn)度直接影響整個(gè)溜破系統(tǒng)工程的整體工期2。該結(jié)構(gòu)上部與破碎機(jī)基礎(chǔ)相連，下部與裝礦水平相連，具有斷面積相對(duì)較大、高度較低、支護(hù)方式復(fù)雜、支護(hù)工程量大等特點(diǎn)。受井下施工空間限制，其掘進(jìn)、出渣、人員與材料運(yùn)輸困難，施工工序繁多，施工難度大。因此下部礦倉施工時(shí)，特別是在軟弱巖層中施工時(shí)，選擇科學(xué)合理的方案尤為關(guān)鍵。擬本文結(jié)合某礦山實(shí)例，針對(duì)軟弱巖層條件下下部礦倉施工的技術(shù)瓶頸開展施工方案優(yōu)化研究。

1工程概況

1.1設(shè)計(jì)概況

某大型金屬礦山采用豎井開拓。破碎系統(tǒng)位于主井附近： -275m 水平設(shè)破碎室， -305m 水平設(shè)裝礦碉室與皮帶道。下部礦倉凈直徑為 ?5.0m ，采用100mm 厚錨網(wǎng)噴 +500mm 厚鋼筋混凝土支護(hù)，內(nèi)襯30kg/m 鋼軌。鋼軌沿井圈槽鋼固定并澆筑于混凝土井壁內(nèi)。支護(hù)結(jié)構(gòu)采用 ?20mm×2.5m 端頭錨固樹脂錨桿，間排距為 1.0m ；鋼筋網(wǎng)采用TECCO柔性支護(hù)網(wǎng)，絲徑為 4mm ，網(wǎng)孔內(nèi)切圓直徑為 65mm 。礦倉頂部與破碎機(jī)基礎(chǔ)相連，一側(cè)斜溜槽（長 6.84m ，凈寬1.34m ，高 10.40m ，坡度 60^° ）作為板式給料機(jī)下料時(shí)的碎礦溜料口，中間部分 12.6m 為圓形斷面，下部為矩形漏斗口與 -305m 水平裝礦室相連。裝礦酮室采用“錨網(wǎng)噴 + 鋼筋混凝土\"支護(hù)，錨網(wǎng)參數(shù)同前，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

1.2工程地質(zhì)與水文地質(zhì)概況

工程勘察資料及主副井井筒施工揭露表明：該段為紫紅色粉砂巖，具變余粉砂狀結(jié)構(gòu)，單軸抗壓強(qiáng)度為 9.3MPa ，屬軟巖，巖體質(zhì)量等級(jí)為V＼～V級(jí)。圍巖破碎一極破碎，自穩(wěn)能力差，遇水易軟化、泥化，暴露在外極易發(fā)生片幫、垮塌，揭露后必須及時(shí)噴漿封閉，且不得有淋水滲入。礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，主要含水層為第四系松散孔隙含水層和基巖裂隙含水層，主井井筒在此位置施工時(shí)井壁有淋水，經(jīng)壁后注漿治水后無明顯出水點(diǎn)。

2施工順序

針對(duì)本礦倉結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目采用反井法 + 鉆爆法下掘擴(kuò)刷 + 分段澆筑的施工方案，具體施工步驟如下：反井導(dǎo)孔施工 $$ 小直徑反井?dāng)U刷 $$ 下掘 2m 并澆筑臨時(shí)鎖口 $$ 安裝臨時(shí)井架與提升系統(tǒng) $$ 下掘 8.4m 后整體澆筑 $$ 下掘 12.6m 后整體澆筑 $$ 下掘下部礦倉漏斗口 $$ 裝礦確室與漏斗口整體澆筑 $$ 拆除臨時(shí)鎖口與井架 $$ 破碎機(jī)基礎(chǔ)整體澆筑。

3施工方法

3.1反井鉆施工

反井掘進(jìn)法（又稱“鉆孔導(dǎo)井法”是近年來出現(xiàn)的一種在溜井/天井施工中應(yīng)用較為普遍的方法。該法利用反井鉆機(jī)掘進(jìn)直徑較小的導(dǎo)向井，而后向下鉆爆擴(kuò)刷。導(dǎo)向井作為爆破自由面，爆破成形好，安全性高，成井速度快[3。該法施工適應(yīng)性強(qiáng)，導(dǎo)井施工完成后鉆爆擴(kuò)刷下掘期間可利用導(dǎo)井作為溜井出渣施工，無需在井口安裝出渣提升設(shè)施。

本項(xiàng)目采用LM-200反井鉆機(jī)進(jìn)行施工，鉆機(jī)擺放在破碎碉室內(nèi)下部礦倉井筒中心位置，導(dǎo)向孔施工直徑 ?250mm ，貫穿 -305m 水平；隨后在 -305m 水平安裝刀盤自下而上擴(kuò)刷施工，將導(dǎo)向孔直徑擴(kuò)刷至 δ1.4m ，一次反掘擴(kuò)刷到位。擴(kuò)刷施工的渣石全部集中至 -305m 水平通過鏟運(yùn)機(jī)裝運(yùn)至礦車經(jīng)副井罐籠提升至地表。

3.2臨時(shí)鎖口施工

采用鉆爆法下掘 2m ，下掘施工連同破碎機(jī)基礎(chǔ)一起掘進(jìn)到位。出渣后，沿著下部礦倉荒斷面外部澆筑 600mm 厚的素混凝土臨時(shí)井圈鎖口，臨時(shí)鎖□高出破碎確室底板 100mm ，防止確室內(nèi)散水流入井筒。同時(shí)，澆筑井圈鎖口時(shí)，根據(jù)臨時(shí)井架立柱布置要求預(yù)埋鋼板，并為封口盤鋼梁預(yù)留固定的梁窩。

3.3安裝臨時(shí)井架與提升設(shè)施

3.3.1臨時(shí)井架安裝

臨時(shí)井架采用36a工字鋼進(jìn)行制作，在破碎碉室底板預(yù)埋鋼板與4根井架立柱焊接固定；立柱上部焊接2根鋼梁，鋼梁兩端頂緊破碎銅室邊墻，邊墻上預(yù)埋鋼板與鋼梁焊接固定；同時(shí)，鋼梁兩端再焊接2根工字鋼以保證臨時(shí)井架的整體穩(wěn)定性；最后在靠近提升絞車設(shè)施一側(cè)布置2根斜支撐鋼立柱。

3.3.2封口盤安裝

封口盤支撐梁采用36a工字鋼制作，支撐梁端部埋設(shè)至臨時(shí)鎖口預(yù)留梁窩內(nèi)，埋設(shè)完成后采用混凝土澆搗密實(shí)。支撐梁間采用 125×10 角鋼配合螺栓連接，合頁式井蓋門由小穩(wěn)車控制開關(guān)，材質(zhì)為 75mm× 5mm 角鋼與 6mm 厚花紋鋼板。封口盤安裝完成后，沿井圈安裝高 1.5m 安全欄桿，欄桿底部焊接 300mm 高 Amm 厚的鋼板，防止碎石與小塊雜物墜入井內(nèi)。

3.3.3提升設(shè)施安裝

絞車提升天輪安裝于礦倉中心正上方，采用δ600mm 鑄鋼天輪。風(fēng)筒懸掛穩(wěn)車天輪安裝位置偏離礦倉中心線 1.5m ，天輪平臺(tái)梁（136a工字鋼）距巷道底板 3m 。提升絞車與穩(wěn)車基礎(chǔ)采用C30混凝土澆筑，在破碎碉室底板開挖基礎(chǔ)后預(yù)埋 Δ36mm 圓鋼錨桿固定。提升設(shè)施安裝完成后，在井筒內(nèi)安裝 1m³ 吊桶，用于人員與材料提升。具體布置詳見圖1。

3.4鉆爆法下掘擴(kuò)刷施工

3.4.1斜溜槽與下部礦倉施工

該項(xiàng)目采用鉆爆法下掘擴(kuò)刷，礦倉中心反井（直徑為 1.4m 作為爆破自由面，布置3圈輔助孔；使用YT-28鉆機(jī)進(jìn)行鑿巖，鉆機(jī)使用 δ38mm 一字型鉆頭配 ?22mm×2500mm 的釬桿，開鑿的炮眼深度為2 300mm ，周邊眼間距控制在 500mm 。炸藥采用δ32mm 2# 巖石乳化炸藥，周邊眼采用反向不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，孔口用炮泥密實(shí)充填以保證爆破效果，炮泥堵塞長度不小于 600mm 。施工中嚴(yán)格控制周邊眼間距與裝藥量，尤其是周邊眼及最外圈輔助眼的裝藥量，最大限度減少爆破震動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)破壞。炮眼布置圖與爆破參數(shù)表詳見圖2與表1。

圖2下部礦倉擴(kuò)刷炮眼布置（單位： mm ）

每循環(huán)爆破進(jìn)尺 2.0m ，炮眼利用率為 87% 。爆破后，巖石呈粉砂狀，全部經(jīng)反井溜至 -305m 水平，在305水平采用 1m³ 鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至礦車內(nèi)，最后通過副井罐籠運(yùn)至地表。炮煙排出后按設(shè)計(jì)進(jìn)行錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)用圓鋼錨桿長 1.5m ，直徑為 δ36mm ，主要用于固定槽鋼，圓鋼錨桿間距為 1.0m 。人員在礦倉內(nèi)施工作業(yè)時(shí)必須系掛安全速剎帶，高掛低用，加強(qiáng)炮后通風(fēng)作業(yè)，用風(fēng)筒排煙時(shí)間較長時(shí)可采用高壓風(fēng)輔助排炮煙。

在施工至井口往下掘進(jìn) 10.4m 位置后，停止下掘。綁扎鋼筋，固定鋼軌然后組裝模板對(duì)上部 8.4m 先整體澆筑。槽鋼固定時(shí)，沿井圈先將槽鋼焊接固定在預(yù)先施工的圓鋼錨桿上，再將鋼軌焊接至槽鋼上。鋼軌與槽鋼采用506焊條焊接。在鋼軌焊接完成后自下而上搭設(shè)腳手架組裝模板進(jìn)行整體澆筑，每次澆筑段高 2m ?；炷猎诘孛鏀嚢?，利用罐籠下放到 -275m 水平，通過混凝土輸送泵輸送至礦倉內(nèi)澆筑，混凝土采用對(duì)稱澆筑，加強(qiáng)振搗。下部礦倉上部8.4m 澆筑完成后見圖3。

3.4.2下部礦倉正常段施工

下部礦倉正常段下掘擴(kuò)刷施工沿用之前的爆破、出渣、澆筑工藝。下掘期間密切監(jiān)測(cè)井壁圍巖穩(wěn)定性，并做好錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，如圍巖極不穩(wěn)定應(yīng)及時(shí)綁扎鋼筋、固定鋼軌進(jìn)行永久澆筑，同時(shí)控制井口不得有淋水進(jìn)入礦倉。下掘期間，為防止施工出渣導(dǎo)致反井直徑擴(kuò)大影響下一道工序，出渣時(shí)需預(yù)留部分渣石填滿反井，并加設(shè)臨時(shí)蓋板封閉。

3.4.3漏斗口擴(kuò)刷與裝礦室澆筑

下部礦倉漏斗口為矩形漸變斷面，內(nèi)襯錳鋼板，自上而下擴(kuò)刷直至貫通裝礦銅室。擴(kuò)刷完成后及時(shí)做好錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，然后自下而上支模澆筑。澆筑到位后，在連接處位置搭設(shè)腳手架，在漏斗口位置綁扎鋼筋，然后按設(shè)計(jì)埋設(shè)錳鋼板，最終下溜口與漏斗口同時(shí)澆筑完成。

3.4.4拆除臨時(shí)鎖口與破碎機(jī)基礎(chǔ)澆筑

澆筑完成后，在臨時(shí)鎖口下方搭設(shè)腳手架至施工高度，并在臨時(shí)鎖口下部搭設(shè)施工平臺(tái)。施工平臺(tái)采用錨桿 + 托架固定鋼梁的方式搭設(shè)，鋼梁上鋪設(shè)鋼板。井圈臨時(shí)鎖口采用炮機(jī)拆除，渣石由鏟車與小挖機(jī)從 -275m 水平運(yùn)出。拆除臨時(shí)井架與穩(wěn)車，然后按設(shè)計(jì)綁扎鋼筋，并將破碎機(jī)基礎(chǔ)一同澆筑完成。澆筑完成并養(yǎng)護(hù)到位后，拆除礦倉內(nèi)平臺(tái)與所有腳手架，至此下部礦倉施工完成。

3.4.5礦倉壁滲水與治理

下部礦倉施工期間礦倉內(nèi)未見明顯出水點(diǎn)。施工完成后下部礦倉 8.4m 接茬縫位置靠近主井一側(cè)有淋水，淋水量約為 0.8m³/h ，為防止礦倉在儲(chǔ)礦期間礦石板結(jié)需對(duì)淋水進(jìn)行治理。對(duì)井壁淋水可采用壁后注漿或打卸水孔處理的方式。由于礦倉內(nèi)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，壁后注漿施工難以布置工作面，且該處淋水量較小，注漿效果難以保證，故采用打孔卸水的施工方法。在破碎碉室底板靠近主井一側(cè)施工2個(gè)直徑為 75mm 的卸水孔，卸水孔施工至 -305m 皮帶道水平，在皮帶道邊墻將卸水孔內(nèi)淋水通過鋼管引流至皮帶道水溝內(nèi)排出。

4施工效果

本次在軟弱巖層中施工大型井筒礦倉，采用了“反井法 + 鉆爆法擴(kuò)刷 + 分段澆筑\"的施工方案，有力地確保了施工安全與進(jìn)度。在安全保障方面，施工期間井筒內(nèi)未發(fā)生片幫垮塌事故；施工期間通過在破碎碉室內(nèi)上下部礦倉之間搭設(shè)腳手架施工臨時(shí)隔墻，實(shí)現(xiàn)了上下礦倉平行作業(yè)，杜絕了上部礦倉高處墜物對(duì)下部礦倉施工造成的安全隱患。在效率提升方面，下部礦倉出渣集中在 -305m 水平，上部礦倉出渣集中在 -275m 水平，做到了互不干擾，極大地加快了施工進(jìn)度。采用本方案施工下部礦倉工期較計(jì)劃提前了15d，整個(gè)破碎系統(tǒng)提前43d完成。目前，溜破系統(tǒng)已施工完成并投入使用，使用效果良好。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)某金屬礦山在軟弱巖層中采用“反井法 + 鉆爆法下掘擴(kuò)刷 + 分段澆筑”的方案施工實(shí)踐得出以下經(jīng)驗(yàn)。

1）針對(duì)軟巖地層中大斷面、小段高的下部礦倉，可以采用反井法先行貫通礦倉底部水平，再使用鉆爆法擴(kuò)刷下掘的施工方案。施工中需優(yōu)先考慮分段澆筑施工，并做好臨時(shí)支護(hù)，確保施工安全。

2）“反井法 + 鉆爆法下掘擴(kuò)刷 + 分段澆筑\"的施工方案對(duì)于地下工程主溜井、盲豎井施工均有較好的適用性，采用反井先行貫穿下部中段巷道，掘進(jìn)施工中產(chǎn)生的渣石溜放至下部中段巷道出渣，可避免在井口施工提升系統(tǒng)，不僅能有效加快施工進(jìn)度，而且造價(jià)更低，經(jīng)濟(jì)性較好。

3）破碎系統(tǒng)施工時(shí)，通過合理規(guī)劃出渣路徑與設(shè)置安全隔離措施，可實(shí)現(xiàn)上下礦倉平行作業(yè)，顯著縮短工期，加快破碎系統(tǒng)的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]路文智，馬銀，王清河，等.地下礦山溜破系統(tǒng)立體化快速施工[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012，523（11）：111-114.

[2]史海明，張鵬飛，趙天書.一種加快下部礦倉混凝土工程施工進(jìn)度的方法[J].有色金屬（礦山部分），2014，66（5）：19-21.

[3] 寧智華，王繼全.北洺河鐵礦主溜井的施工技術(shù)[J]金屬礦山，2002（5） ：39.

[4]高義軍.反井鉆機(jī)施工溜破系統(tǒng)[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014，545（9）：212-213.

[5]．趙興東，武桐.三山島金礦 2 005m 超深豎井深孔爆破技術(shù)[J].采礦技術(shù)，2022，22（6）：150-152.

[6]袁輝.光面爆破技術(shù)在金廟井金礦豎井掘進(jìn)施工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017，580（8）：107-108.

[7] 黃灝，唐進(jìn)，賀文.松軟破碎地層大斷面銅室掘砌技術(shù)研究與應(yīng)用[J].建井技術(shù)，2021，42（1）：11-15.

[8] 要智勇.廟溝鐵礦井下破碎碉室掘砌技術(shù)的探索與實(shí)踐[J].礦業(yè)工程，2023，21（6）：14-16.