大斷面硐室的掘進與支護方案

1、大斷面硐室的掘進與支護方案大斷面硐室的掘進與支護方案杜濤金川集團三礦區(qū)摘要三礦區(qū)東部貧礦資源開發(fā)項目是金川公司最后一個大的礦山改擴建工程項目，在礦山的開拓和建設過程中，大斷面硐室不可避免的會出現(xiàn)在礦建工程的每一個環(huán)節(jié)，硐室在施工過程中，由于斷面大，長度比較短，其受力狀態(tài)不易準確分析，施工難度大，往往因為巖石不穩(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，影響工程的進度和威脅井下工作人員的安全。針對這一情況，根據(jù)東部貧礦建設過程中巖石地應力突出，水文地質(zhì)條件復雜的狀況，根據(jù)已有礦山建設過程中的工程實踐經(jīng)驗，提出采用導硐施工法的基本硐室掘進方法，部分特大斷面硐室，可以采用臺階工作面的的方法。支

2、護方面確定采用“錨桿+鋼筋焊接網(wǎng)”作為基本支護方式，快速承接預應力錨索和鋼筋砼作為加強支護方式，部分區(qū)域進行注漿處理。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)量達到優(yōu)良。關鍵詞：不穩(wěn)定圍巖 大斷面硐室 掘進和支護 1概述1.1 井下大斷面硐室設計斷面硐室斷面形式：三心拱。由于大斷面硐室長度小，進出口通道狹窄，服務年限長，工程質(zhì)量要求高，所以在掘進的過程中，為了使斷面的強度能夠達到工程質(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)切的圓弧構成，拱作為受力結構的主要特性，將覆在其上的載荷作用所產(chǎn)生的內(nèi)應力，沿拱上的任意點的切線方向傳遞至拱和墻角。相對于直墻半圓拱，三心拱的斷面利用

3、率高，雖然穩(wěn)定性不如半圓拱，但是相對來說，實用性更強。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)條件復雜，礦區(qū)內(nèi)的巖漿巖主要為超基性巖體，由于受斷裂構造控制，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，層間擠壓發(fā)育，這些因數(shù)致使工程地質(zhì)條件極為復雜，結構面軟弱，殘余應力較高，水平應力大于垂直應力，斷面變形較嚴重，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)條件相對比較簡單，在有些硐室的掘進和支護過程中會出現(xiàn)斷面滲水的現(xiàn)象，采取開挖排水溝，架設導流管等基本的處理方式

4、即可。1.3 硐室掘進方式在礦建過程中，水泥硐室，沙子硐室，油庫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，所以全斷面的掘進方式實用性不強，圍巖難以維護，施工安全難以保證，所以采用導硐法進行施工。導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是借助輔助巷道開挖大斷面硐室，這種巷道掘進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1-2條小斷面巷道，然后再進行挑頂、擴幫、拉低等工作，將這些工作完成后，在將硐室擴大到設計斷面。先行掘進的小斷面巷道，會為挑頂、擴幫和拉低的工作提供自由面，而且必要的時候還可以兼作通

5、風、行人和運輸用巷道。這種掘進的小斷面巷道能夠先行探測到硐室內(nèi)部的地質(zhì)條件。不過由于導硐施工的方法要分部進行，所以與全斷面法和臺階工作面施工法相比，施工效率比較低。導硐施工法主要有中央下導硐施工、兩側導硐施工和上下導硐施工的方法。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硐施工方法，導硐從硐室中部沿底板掘進，當導硐掘進到預定位置后，再行開幫、挑頂，并完成永久支護工作。斷面跨度不大的硐室，采用錨噴支護，這時可以再導硐施工完成后，先挑頂后開幫，挑頂和開幫后隨即進行支護。為了使斷面輪廓平整，挑頂和開幫過程中，拱部和墻部需預留光面

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

7、，施工方便，利于頂板維護，下臺階爆破的效率更高，不過上臺階在出毛的時候，扒渣部方便，勞動強度大，要求上下臺階施工配合。倒臺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。這兩種方法應用都很廣泛，不過先拱后墻的正臺階工作面施工法在松軟巖層中也能安全施工，綜合考慮，在提升機硐室，破碎硐室等大型硐室的施工過程中，采用上下導硐施工法，或者正臺階工作面施工法，確保工程施工安全有效。1.4硐室施工前的準備工作硐室在施工前，準備工作是必不可少的，鉆眼設備采用YT28氣腿式鑿巖機；裝巖設備選擇方面，出碴用JCCY-6柴油鏟運機；支護的材料選擇方面，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，加強支護方面，U鋼拱架采用25礦用鋼制作，各個拱架間用18mm×900mm螺紋鋼拉桿勾連，有些斷面由于巖石質(zhì)量差，斷面透水嚴重，需要錨注支護，錨注錨桿采用ø32mm×6mm的熱軋無縫鋼管，長度3米，圍巖較差的加強支護地段，長錨索一般采用15.24*7300mm的鋼絞線。在材料和采掘設備準備完成的情況下，硐室施工前需要確定硐室的位置，計算硐室斷面的尺寸，勾畫硐室的斷

9、面輪廓線，根據(jù)設計圖紙，用噴漆點出每個錨桿的眼位。1.5硐室支護在硐室的支護過程中，一般情況下采用雙層噴錨網(wǎng)+錨注支護。在工程地質(zhì)條件較差的情況下可以采取加強支護，加強支護分為雙層噴錨網(wǎng)+錨注+U鋼拱架、雙層噴錨網(wǎng)+錨注+長錨索、噴錨網(wǎng)+錨注+U鋼拱架+鋼筋混凝土支護，加強支護的斷面根據(jù)選擇的支護型式來具體確定，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型式。一次支護緊跟掌子面，二次支護一般在一次支護后1個月進行，但也要視實際情況（如地壓、圍巖穩(wěn)固性等）而定。雙層噴錨網(wǎng)支護，錨桿排間距1 m×1 m，每次噴射混凝土的厚度為100mm，強度等級為C20。噴射混凝

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

11、錨注地段的裂隙部位進行素噴，巷道開裂嚴重時要進行全斷面素噴。錨注支護錨注錨桿間排距2米。錨注錨桿露頭長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），開動注漿泵進行大量注漿。注漿為純水泥漿液，水灰比為0.650.8，水泥為32.5級，每次注漿壓力在4.5Mpa維持5分鐘或單孔注漿量達150kg后停止注漿，但是單孔注漿量達150kg停止注漿的要求不適用于冒頂區(qū)和巖層破碎地段。注漿時漿液必須攪拌均勻，邊注邊攪拌邊觀察，漿液若有泄漏及時封堵，注漿順序先注下部再注上部。長錨索支護適用于圍巖較差的加強

12、支護地段，長錨索一般采用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)場需要進行長錨索支護時，可根據(jù)實驗項目的要求和實際情況具體確定長錨索的規(guī)格和型式。打錨索眼時采用鑿巖臺車，必要時采用YG-90型專用鑿巖機。單筋混凝土支護適用于經(jīng)相關工程主管部門同意采用單筋混凝土支護的巷道。主筋采用18螺紋鋼，間距為250mm，副筋采用16螺紋鋼，間距為300mm。鋼筋搭接長度不小于30d，混凝土厚度為300mm，強度等級為C30。在掘進施工中遇到極不穩(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，可根據(jù)實際情況采取架U型鋼拱架、打注超前錨桿、進行超前預支護（釬棚、管棚或

13、預注漿）、錨注支護等支護措施，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方式，砂倉，水泥倉等斷面相對較小的硐室，如果巖石條件允許，可以采用雙層噴錨網(wǎng)單一的支護方式，如果巖石條件破碎，滲水現(xiàn)象嚴重，需要架設型鋼，并且進行注漿。提升機硐室，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，需要長錨索支護，并且用鋼筋砼在外圍作加強支護處理，在一些滲水比較突出的區(qū)域，還要進行注漿處理。1.6硐室掘進和支護過程中注意事項一、必須要保證施工的安全，學會危險源的識別：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。二、認真執(zhí)行產(chǎn)品質(zhì)量法、礦山井

14、巷工程施工及驗收規(guī)范，施工機具必須保證符合設計標準和設計要求，不得因機具問題而產(chǎn)生質(zhì)量事故。三、施工所用材料要滿足標準要求，砂、石、水泥等要保證清潔，沙石的含泥量應符合要求。嚴格按照設計備料，原材料必須具有出廠合格證或經(jīng)試驗室復試合格達到相關質(zhì)量標準方準使用。四、打眼結束后，應清理干凈孔內(nèi)雜物，及時進行錨固劑安裝，避免因時間過長造成塌孔，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)進行錨固。五、錨注錨桿要按照設計布設，注漿支護時要注滿、注實，并采取一些防止漏漿的措施。六、進行砼支護時必須用攪拌機攪拌，搞好混凝土振搗，防止出現(xiàn)蜂窩麻面；當支護遇

15、到淋水時，應設置導水管，輸出壁后涌水。七、按配比計量、配料攪拌，保證支護強度。八、嚴格按設計圖紙和國家強制性技術標準施工，不符合設計要求施工，不執(zhí)行國家強制性技術標準施工的，要及時予以返工處理，并處以罰款。九、認真做好隱蔽工程記錄及質(zhì)量事故記錄，并有針對性的提出糾正措施和改進意見用來指導施工。十、混凝土料接茬處必須按要求施工，接茬強度不得低于本體強度?；炷亮线\至施工現(xiàn)場，隨攪隨用，不得堆放過長時間。十一、在打錨桿眼前畫出眼位，做好一次噴錨網(wǎng)錨桿標記。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計的10，錨固劑飽滿度達到90。十二、地測部門應及時給出巷道中心和腰線，并按有關規(guī)定作好導線、高程（包括中心、腰線）等控制點的校核工作。2總結硐室的掘進是一個隨時間，隨空間不斷變化的施工工程，是一個不可逆的非線性，大變形力學的動態(tài)演變過程，不同的支護方式與開挖施工，將會產(chǎn)生不同的圍巖變形和應力分布結果。根據(jù)東部貧礦開拓過程中井下硐室圍巖不同的地質(zhì)力學條件，此次對不同