大斷面硐室的掘進(jìn)與支護(hù)方案

1、大斷面硐室的掘進(jìn)與支護(hù)方案大斷面硐室的掘進(jìn)與支護(hù)方案杜濤金川集團(tuán)三礦區(qū)摘要三礦區(qū)東部貧礦資源開發(fā)項(xiàng)目是金川公司最后一個(gè)大的礦山改擴(kuò)建工程項(xiàng)目，在礦山的開拓和建設(shè)過程中，大斷面硐室不可避免的會(huì)出現(xiàn)在礦建工程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，硐室在施工過程中，由于斷面大，長(zhǎng)度比較短，其受力狀態(tài)不易準(zhǔn)確分析，施工難度大，往往因?yàn)閹r石不穩(wěn)定，容易使斷面成型不規(guī)則，出現(xiàn)偏幫和冒頂?shù)默F(xiàn)象，影響工程的進(jìn)度和威脅井下工作人員的安全。針對(duì)這一情況，根據(jù)東部貧礦建設(shè)過程中巖石地應(yīng)力突出，水文地質(zhì)條件復(fù)雜的狀況，根據(jù)已有礦山建設(shè)過程中的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出采用導(dǎo)硐施工法的基本硐室掘進(jìn)方法，部分特大斷面硐室，可以采用臺(tái)階工作面的的方法。支

2、護(hù)方面確定采用“錨桿+鋼筋焊接網(wǎng)”作為基本支護(hù)方式，快速承接預(yù)應(yīng)力錨索和鋼筋砼作為加強(qiáng)支護(hù)方式，部分區(qū)域進(jìn)行注漿處理。這些方式能夠較好的控制大斷面硐室的不穩(wěn)定圍巖，工程質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良。關(guān)鍵詞：不穩(wěn)定圍巖 大斷面硐室 掘進(jìn)和支護(hù) 1概述1.1 井下大斷面硐室設(shè)計(jì)斷面硐室斷面形式：三心拱。由于大斷面硐室長(zhǎng)度小，進(jìn)出口通道狹窄，服務(wù)年限長(zhǎng)，工程質(zhì)量要求高，所以在掘進(jìn)的過程中，為了使斷面的強(qiáng)度能夠達(dá)到工程質(zhì)量要求，建議采用三心拱的斷面形式，三心拱有三段相內(nèi)切的圓弧構(gòu)成，拱作為受力結(jié)構(gòu)的主要特性，將覆在其上的載荷作用所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，沿拱上的任意點(diǎn)的切線方向傳遞至拱和墻角。相對(duì)于直墻半圓拱，三心拱的斷面利用

3、率高，雖然穩(wěn)定性不如半圓拱，但是相對(duì)來說，實(shí)用性更強(qiáng)。1.2 東部貧礦礦建過程中硐室的圍巖和地質(zhì)條件東部貧礦地質(zhì)條件復(fù)雜，礦區(qū)內(nèi)的巖漿巖主要為超基性巖體，由于受斷裂構(gòu)造控制，巖體膨脹現(xiàn)象明顯，并帶有一定的分支現(xiàn)象。礦區(qū)巖體變質(zhì)和巖漿侵入作用明顯，所以巖體完整性差，穩(wěn)定性降低，造成礦區(qū)斷裂、節(jié)理縱橫交錯(cuò)，層間擠壓發(fā)育，這些因數(shù)致使工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)面軟弱，殘余應(yīng)力較高，水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力，斷面變形較嚴(yán)重，需要加固處理。水文地質(zhì)條件方面，由于金昌地處河西走廊，雨水比較少，水文地質(zhì)條件相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在有些硐室的掘進(jìn)和支護(hù)過程中會(huì)出現(xiàn)斷面滲水的現(xiàn)象，采取開挖排水溝，架設(shè)導(dǎo)流管等基本的處理方式

4、即可。1.3 硐室掘進(jìn)方式在礦建過程中，水泥硐室，沙子硐室，油庫(kù)等都是大斷面的硐室，在這些硐室的開挖過程中，由于斷面比較大，圍巖不穩(wěn)定，所以全斷面的掘進(jìn)方式實(shí)用性不強(qiáng)，圍巖難以維護(hù)，施工安全難以保證，所以采用導(dǎo)硐法進(jìn)行施工。導(dǎo)硐法能夠使軟弱的巖層得到緩解，能夠有效地解決出毛石的情況，這種施工方法的主要特點(diǎn)是借助輔助巷道開挖大斷面硐室，這種巷道掘進(jìn)法不受巖石條件限制，比較通用。在施工的過程中，首先要沿硐室軸線方向掘進(jìn)1-2條小斷面巷道，然后再進(jìn)行挑頂、擴(kuò)幫、拉低等工作，將這些工作完成后，在將硐室擴(kuò)大到設(shè)計(jì)斷面。先行掘進(jìn)的小斷面巷道，會(huì)為挑頂、擴(kuò)幫和拉低的工作提供自由面，而且必要的時(shí)候還可以兼作通

5、風(fēng)、行人和運(yùn)輸用巷道。這種掘進(jìn)的小斷面巷道能夠先行探測(cè)到硐室內(nèi)部的地質(zhì)條件。不過由于導(dǎo)硐施工的方法要分部進(jìn)行，所以與全斷面法和臺(tái)階工作面施工法相比，施工效率比較低。導(dǎo)硐施工法主要有中央下導(dǎo)硐施工、兩側(cè)導(dǎo)硐施工和上下導(dǎo)硐施工的方法。根據(jù)東部貧礦井下礦建的圍巖條件，水泥硐室，沙子硐室等斷面跨度為5m左右，圍巖穩(wěn)定性比較差的硐室，可以考慮用中央下導(dǎo)硐施工方法，導(dǎo)硐從硐室中部沿底板掘進(jìn)，當(dāng)導(dǎo)硐掘進(jìn)到預(yù)定位置后，再行開幫、挑頂，并完成永久支護(hù)工作。斷面跨度不大的硐室，采用錨噴支護(hù)，這時(shí)可以再導(dǎo)硐施工完成后，先挑頂后開幫，挑頂和開幫后隨即進(jìn)行支護(hù)。為了使斷面輪廓平整，挑頂和開幫過程中，拱部和墻部需預(yù)留光面

6、層。如果砌筑混凝土支護(hù)的硐室，采用先開幫后挑頂?shù)捻樞蜻M(jìn)行。這種方法的缺點(diǎn)施工速度慢，效率低。井建過程中會(huì)有一些開挖跨度大，墻很高的大斷面硐室，如井下破碎硐室，提升機(jī)硐室，遇到這些跨度大的硐室，就需要考慮采用上下導(dǎo)硐施工法，從斷面的頂部開始導(dǎo)硐施工，延伸至硐室底部。同時(shí)如果施工效率得不到保障，也可以使用臺(tái)階工作面法，由于硐室高度較大不便于操作，可將硐室分成兩層分層施工，形成臺(tái)階工作面。如果采用正臺(tái)階工作面施工，那么上分層超前距離一般要保持3m，爆破后先進(jìn)行上分層工作面的出毛工作，然后上下層同時(shí)打眼施工，下分層開挖時(shí)，炮眼布置呈水平或垂直布置,為了避免兩個(gè)自由工作面的影響。這種方法斷面呈臺(tái)階型布置

7、，施工方便，利于頂板維護(hù)，下臺(tái)階爆破的效率更高，不過上臺(tái)階在出毛的時(shí)候，扒渣部方便，勞動(dòng)強(qiáng)度大，要求上下臺(tái)階施工配合。倒臺(tái)階施工法不必考慮扒渣的問題，爆破條件好，施工效率高，不過挑頂工作比較困難。這兩種方法應(yīng)用都很廣泛，不過先拱后墻的正臺(tái)階工作面施工法在松軟巖層中也能安全施工，綜合考慮，在提升機(jī)硐室，破碎硐室等大型硐室的施工過程中，采用上下導(dǎo)硐施工法，或者正臺(tái)階工作面施工法，確保工程施工安全有效。1.4硐室施工前的準(zhǔn)備工作硐室在施工前，準(zhǔn)備工作是必不可少的，鉆眼設(shè)備采用YT28氣腿式鑿巖機(jī)；裝巖設(shè)備選擇方面，出碴用JCCY-6柴油鏟運(yùn)機(jī)；支護(hù)的材料選擇方面，噴錨網(wǎng)采用150mm×15

8、0mm鋼筋焊接網(wǎng)片，鋼筋采用6.5mm，規(guī)格為1250mm×2150mm，錨桿采用18mm×2250mm的滾壓直螺紋鋼，墊板規(guī)格為200mm×200mm×10mm，加強(qiáng)支護(hù)方面，U鋼拱架采用25礦用鋼制作，各個(gè)拱架間用18mm×900mm螺紋鋼拉桿勾連，有些斷面由于巖石質(zhì)量差，斷面透水嚴(yán)重，需要錨注支護(hù)，錨注錨桿采用ø32mm×6mm的熱軋無縫鋼管，長(zhǎng)度3米，圍巖較差的加強(qiáng)支護(hù)地段，長(zhǎng)錨索一般采用15.24*7300mm的鋼絞線。在材料和采掘設(shè)備準(zhǔn)備完成的情況下，硐室施工前需要確定硐室的位置，計(jì)算硐室斷面的尺寸，勾畫硐室的斷

9、面輪廓線，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，用噴漆點(diǎn)出每個(gè)錨桿的眼位。1.5硐室支護(hù)在硐室的支護(hù)過程中，一般情況下采用雙層噴錨網(wǎng)+錨注支護(hù)。在工程地質(zhì)條件較差的情況下可以采取加強(qiáng)支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)分為雙層噴錨網(wǎng)+錨注+U鋼拱架、雙層噴錨網(wǎng)+錨注+長(zhǎng)錨索、噴錨網(wǎng)+錨注+U鋼拱架+鋼筋混凝土支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)的斷面根據(jù)選擇的支護(hù)型式來具體確定，如需要采用噴錨網(wǎng)+錨注+U鋼拱架（間距1米）+鋼筋混凝土等三種支護(hù)型式。一次支護(hù)緊跟掌子面，二次支護(hù)一般在一次支護(hù)后1個(gè)月進(jìn)行，但也要視實(shí)際情況（如地壓、圍巖穩(wěn)固性等）而定。雙層噴錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿排間距1 m×1 m，每次噴射混凝土的厚度為100mm，強(qiáng)度等級(jí)為C20。噴射混凝

10、土配合比嚴(yán)格按試驗(yàn)參數(shù)執(zhí)行。巷道開挖后，首先撬凈工作面浮石，再進(jìn)行30mm厚素噴支護(hù)，然后打注錨桿、掛網(wǎng)，最后再進(jìn)行70mm厚噴射混凝土。二次支護(hù)須在第一次支護(hù)30m左右后開始集中施工，在一次噴錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上打注錨桿、掛網(wǎng)，然后噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。在施工巷道拱部二次支護(hù)時(shí)，必須搭建穩(wěn)固的工作平臺(tái)。U鋼拱架支護(hù)，適用于圍巖較差地段的加強(qiáng)支護(hù)，一般情況下間距為1m，當(dāng)圍巖特別破碎時(shí)，U鋼拱架間距可調(diào)整為600mm。架設(shè)U鋼拱架時(shí)在巷道底板要開挖200mm深的支護(hù)基礎(chǔ)。錨注支護(hù)，錨注支護(hù)跟隨一次噴錨網(wǎng)支護(hù)開始，圍巖較穩(wěn)定時(shí)，也可在二次支護(hù)以后進(jìn)行，錨注支護(hù)與前方掘砌作業(yè)平行施工。錨注支護(hù)前，要對(duì)

11、錨注地段的裂隙部位進(jìn)行素噴，巷道開裂嚴(yán)重時(shí)要進(jìn)行全斷面素噴。錨注支護(hù)錨注錨桿間排距2米。錨注錨桿露頭長(zhǎng)100mm150mm，以便于伸出眼外的錨桿與注漿管連接。先安裝注漿錨桿，錨桿端部用水泥藥卷堵孔，然后將注漿泵出料管用耐壓膠管與注漿錨桿連接（螺紋連接），開動(dòng)注漿泵進(jìn)行大量注漿。注漿為純水泥漿液，水灰比為0.650.8，水泥為32.5級(jí)，每次注漿壓力在4.5Mpa維持5分鐘或單孔注漿量達(dá)150kg后停止注漿，但是單孔注漿量達(dá)150kg停止注漿的要求不適用于冒頂區(qū)和巖層破碎地段。注漿時(shí)漿液必須攪拌均勻，邊注邊攪拌邊觀察，漿液若有泄漏及時(shí)封堵，注漿順序先注下部再注上部。長(zhǎng)錨索支護(hù)適用于圍巖較差的加強(qiáng)

12、支護(hù)地段，長(zhǎng)錨索一般采用15.24*7300mm的鋼絞線，間排距2m，用砂漿錨固，灰砂比為1：1。在現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行長(zhǎng)錨索支護(hù)時(shí)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求和實(shí)際情況具體確定長(zhǎng)錨索的規(guī)格和型式。打錨索眼時(shí)采用鑿巖臺(tái)車，必要時(shí)采用YG-90型專用鑿巖機(jī)。單筋混凝土支護(hù)適用于經(jīng)相關(guān)工程主管部門同意采用單筋混凝土支護(hù)的巷道。主筋采用18螺紋鋼，間距為250mm，副筋采用16螺紋鋼，間距為300mm。鋼筋搭接長(zhǎng)度不小于30d，混凝土厚度為300mm，強(qiáng)度等級(jí)為C30。在掘進(jìn)施工中遇到極不穩(wěn)固的巖體而易發(fā)生局部片幫、冒頂?shù)牡囟位蛞呀?jīng)冒頂時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況采取架U型鋼拱架、打注超前錨桿、進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)（釬棚、管棚或

13、預(yù)注漿）、錨注支護(hù)等支護(hù)措施，以保證安全生產(chǎn)。以上就是東部貧礦礦建過程中可以用到的支護(hù)方式，砂倉(cāng)，水泥倉(cāng)等斷面相對(duì)較小的硐室，如果巖石條件允許，可以采用雙層噴錨網(wǎng)單一的支護(hù)方式，如果巖石條件破碎，滲水現(xiàn)象嚴(yán)重，需要架設(shè)型鋼，并且進(jìn)行注漿。提升機(jī)硐室，破碎硐室，這些斷面跨度比較大的硐室，僅僅用雙層噴錨網(wǎng)的方式是不能保證硐室安全的，需要長(zhǎng)錨索支護(hù)，并且用鋼筋砼在外圍作加強(qiáng)支護(hù)處理，在一些滲水比較突出的區(qū)域，還要進(jìn)行注漿處理。1.6硐室掘進(jìn)和支護(hù)過程中注意事項(xiàng)一、必須要保證施工的安全，學(xué)會(huì)危險(xiǎn)源的識(shí)別：爆破事故、車輛傷害、危石傷害、觸電、高空墜落、煙塵、物體打擊、火災(zāi)。二、認(rèn)真執(zhí)行產(chǎn)品質(zhì)量法、礦山井

14、巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范，施工機(jī)具必須保證符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，不得因機(jī)具問題而產(chǎn)生質(zhì)量事故。三、施工所用材料要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，砂、石、水泥等要保證清潔，沙石的含泥量應(yīng)符合要求。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)備料，原材料必須具有出廠合格證或經(jīng)試驗(yàn)室復(fù)試合格達(dá)到相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方準(zhǔn)使用。四、打眼結(jié)束后，應(yīng)清理干凈孔內(nèi)雜物，及時(shí)進(jìn)行錨固劑安裝，避免因時(shí)間過長(zhǎng)造成塌孔，影響安裝。一旦出現(xiàn)塌孔，必須用鉤子將孔內(nèi)石塊，巖渣掏出后再放入水泥藥卷，禁止將巖渣、水滯留在孔內(nèi)進(jìn)行錨固。五、錨注錨桿要按照設(shè)計(jì)布設(shè)，注漿支護(hù)時(shí)要注滿、注實(shí)，并采取一些防止漏漿的措施。六、進(jìn)行砼支護(hù)時(shí)必須用攪拌機(jī)攪拌，搞好混凝土振搗，防止出現(xiàn)蜂窩麻面；當(dāng)支護(hù)遇

15、到淋水時(shí)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)水管，輸出壁后涌水。七、按配比計(jì)量、配料攪拌，保證支護(hù)強(qiáng)度。八、嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙和國(guó)家強(qiáng)制性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施工，不符合設(shè)計(jì)要求施工，不執(zhí)行國(guó)家強(qiáng)制性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施工的，要及時(shí)予以返工處理，并處以罰款。九、認(rèn)真做好隱蔽工程記錄及質(zhì)量事故記錄，并有針對(duì)性的提出糾正措施和改進(jìn)意見用來指導(dǎo)施工。十、混凝土料接茬處必須按要求施工，接茬強(qiáng)度不得低于本體強(qiáng)度?；炷亮线\(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，隨攪隨用，不得堆放過長(zhǎng)時(shí)間。十一、在打錨桿眼前畫出眼位，做好一次噴錨網(wǎng)錨桿標(biāo)記。錨桿角度要盡量垂直于巖面，且不能沿節(jié)理面打錨桿。錨桿間排距不得大于設(shè)計(jì)的10，錨固劑飽滿度達(dá)到90。十二、地測(cè)部門應(yīng)及時(shí)給出巷道中心和腰線，并按有關(guān)規(guī)定作好導(dǎo)線、高程（包括中心、腰線）等控制點(diǎn)的校核工作。2總結(jié)硐室的掘進(jìn)是一個(gè)隨時(shí)間，隨空間不斷變化的施工工程，是一個(gè)不可逆的非線性，大變形力學(xué)的動(dòng)態(tài)演變過程，不同的支護(hù)方式與開挖施工，將會(huì)產(chǎn)生不同的圍巖變形和應(yīng)力分布結(jié)果。根據(jù)東部貧礦開拓過程中井下硐室圍巖不同的地質(zhì)力學(xué)條件，此次對(duì)不同