要智勇

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司，河北 秦皇島 066000)

0 引言

廟溝鐵礦隸屬于河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，礦山目前正處于露天轉(zhuǎn)地下開采工程的基建階段，主井與副井在-80 m破碎中段未實(shí)現(xiàn)貫通，通過0 m設(shè)置的粉礦回收井進(jìn)行聯(lián)通，主井溜破系統(tǒng)0 m以下中段掘通 0 m粉礦回收井到達(dá)。在破碎硐室施工階段僅有主井一條井進(jìn)行出渣，主井改絞后為雙層罐籠提升，對(duì)井下工程掘進(jìn)施工有一定影響。

1 礦山工程地質(zhì)

根據(jù)目前地形地貌特征、地質(zhì)構(gòu)造及風(fēng)化情況，礦區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)以塊狀為主，礦區(qū)方位內(nèi)分布了較薄的第四系松散巖類，由砂石、礫石夾粘土組成，其厚度范圍在0～5m。礦體與圍巖巖石致密堅(jiān)硬，穩(wěn)定性良好。

2 破碎硐室及附屬系統(tǒng)掘砌施工技術(shù)方案的制定

2.1 破碎硐室及附屬工程的施工順序

破碎硐室右?guī)退綄?dǎo)硐(第一階段)→硐室中部上山導(dǎo)硐，上部礦倉位置0 m至-80 m反井鉆機(jī)施工(第二階段)→內(nèi)部溜井(第三階段)→自上而下分層掘進(jìn)、支護(hù)(第四階段)，見圖1。

圖1 破碎硐室施工順序示意圖

2.2 破碎硐室施工技術(shù)方案

1)大件道掘進(jìn)到破碎硐室后，面向破碎硐室，沿破碎硐室右側(cè)掘進(jìn)水平導(dǎo)硐，導(dǎo)硐尺寸3 m×3 m，掘至破碎硐室設(shè)計(jì)尾端。因?qū)ы媳┞稌r(shí)間較長，為了確保井下施工安全，在施工過程中分局揭露情況，實(shí)時(shí)判斷圍巖支護(hù)形式，如有必要對(duì)導(dǎo)硐進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。

2)水平導(dǎo)硐施工完畢后，在掘進(jìn)工作面左側(cè)緊貼水平導(dǎo)硐掘進(jìn)上山導(dǎo)硐，導(dǎo)硐尺寸高×寬=4.6 m×3.3 m，上山導(dǎo)硐坡度29°，坡面斜長27.87 m，上山導(dǎo)硐掘至破碎硐室頂面。因?qū)ы媳┞稌r(shí)間較長，施工過程中及時(shí)對(duì)上山導(dǎo)硐進(jìn)行噴漿支護(hù)措施。

3)水平及上山導(dǎo)硐施工完畢后，在上山導(dǎo)硐往里2/3位置緊貼水平導(dǎo)硐開鑿直徑2.5 m溜井，將兩個(gè)導(dǎo)硐貫通，不用增加措施工程情況下在破碎硐室內(nèi)部形成多工作面平行作業(yè)模式。

4)溜井形成后，分兩個(gè)班組分別向大件道方向、上部礦倉防線掘進(jìn)硐室拱部，上分層掘進(jìn)高度為5 m，一邊掘進(jìn)一邊掛網(wǎng)、打錨桿、噴漿支護(hù)，上層布設(shè)長繩扒渣機(jī)向上山導(dǎo)硐扒渣，下層利用鏟車向U型礦車裝巖由主井提升，形成平行作業(yè)條件。

5)破碎硐室拱部掘進(jìn)與掛網(wǎng)打錨桿、噴漿支護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求并完成驗(yàn)收，開始掘進(jìn)第二分層，第二分層掘進(jìn)高度為5 m，與上分層施工相同，掘進(jìn)過程中邊找?guī)瓦厭炀W(wǎng)打錨桿噴漿支護(hù)。

6)第二分層掘進(jìn)支護(hù)施工結(jié)束后，報(bào)監(jiān)理工程師檢查噴漿支護(hù)情況，對(duì)不符合要求的地點(diǎn)進(jìn)行整改。各地點(diǎn)整改完畢經(jīng)監(jiān)理工程師檢查均符合設(shè)計(jì)及圖紙要求后，開始施工第三分層，第三分層一次掘至硐室底板，施工方法同上分層。

3 破碎硐室掘砌施工技術(shù)方案的實(shí)踐與優(yōu)化

3.1 破碎硐室水平導(dǎo)硐施工

-80 m中段大件道完成掘進(jìn)成巷以后，進(jìn)入破碎硐室掘進(jìn)施工的第一階段，在破碎硐室的右側(cè)先施工水平導(dǎo)硐至破碎機(jī)地坑位置，導(dǎo)硐尺寸3 m×3 m，導(dǎo)硐施工長度13.2 m，水平導(dǎo)硐位置末端位于安全回風(fēng)井通道中線位置。因主井-80 m中段大件道設(shè)計(jì)只有16.8 m長，主井提升系統(tǒng)為雙層罐籠提升，U型礦車裝車及存渣空間受限。在水平導(dǎo)硐完成施工后，將破碎硐室水平導(dǎo)硐進(jìn)行全斷面擴(kuò)刷，擴(kuò)刷高度為3 m，寬度至破碎硐室設(shè)計(jì)寬度10.3 m，為后期上山導(dǎo)硐及安全回風(fēng)井通道、粉礦回收井通道平行施工作業(yè)創(chuàng)造存渣和出渣裝車的空間。

3.2 破碎硐室上山導(dǎo)硐與主溜井反井鉆機(jī)施工

破碎硐室水平導(dǎo)硐完成施工后進(jìn)入到破碎硐室掘砌的第二階段，上向?qū)ы鲜┕ぜ吧喜康V倉位置主溜井0至-80 m段反井鉆機(jī)施工。0 m至-80 m主溜井反井鉆機(jī)施工采用先導(dǎo)孔后反向擴(kuò)刷的施工方案，在0 m中段安裝反井鉆機(jī)，完成1.4 m直徑擴(kuò)孔施工。施工順序?yàn)樯仙綄?dǎo)硐與反井鉆機(jī)導(dǎo)孔施工同步進(jìn)行，因反井鉆機(jī)導(dǎo)硐進(jìn)尺為每天8 m至10 m，導(dǎo)孔至上部礦倉底部全長為68 m，所以反井鉆機(jī)導(dǎo)孔施工可在上山導(dǎo)硐掘進(jìn)爆破施工一周以后開始導(dǎo)孔。上山導(dǎo)硐施工至上部礦倉位置與反井鉆機(jī)導(dǎo)孔實(shí)現(xiàn)貫通。反井鉆機(jī)1.4 m擴(kuò)刷鉆頭通過上山導(dǎo)硐運(yùn)送至反井鉆機(jī)底部進(jìn)行安裝返擴(kuò)刷成孔。返井鉆機(jī)返擴(kuò)刷完成后就與破碎硐室頂部掘進(jìn)施工形成了貫通，解決了破碎硐室頂部爆破施工通風(fēng)難題，縮短了施工作業(yè)掘爆通風(fēng)時(shí)長，確保了硐室施工的安全高效。

3.3 破碎硐室內(nèi)部溜井施工

內(nèi)部溜井施工在破碎硐室掘砌技術(shù)的探索中的創(chuàng)新點(diǎn)：第一方面是解決破碎硐室自上而下的分層爆破過程中行人問題。在硐室頂部掘進(jìn)爆破后渣石填滿上山導(dǎo)硐，施工作業(yè)人員可通過內(nèi)部溜井進(jìn)入到破碎硐室頂部作業(yè)面，實(shí)現(xiàn)出渣與穿孔爆破平行作業(yè)。

第二方面創(chuàng)新點(diǎn)增加內(nèi)部溜井，解決了上山導(dǎo)硐被渣石填滿后，原有工作面通風(fēng)系統(tǒng)被阻斷，風(fēng)水管路、照明線路等輔助措施將無法固定安裝至破碎硐室頂部掘進(jìn)爆破作業(yè)面。如果不增加內(nèi)部溜井僅有一條上山導(dǎo)硐，每次作業(yè)循環(huán)都要在上山導(dǎo)硐出渣后重新布置穿孔爆破作業(yè)的輔助防水管線等措施，單班作業(yè)時(shí)間將增加4～5小時(shí)，大幅降低作業(yè)效率。作業(yè)人員在上山導(dǎo)硐中踩渣頻繁往返工作面，給施工帶來不確定危險(xiǎn)因素，存在活石砸傷或者摔傷的安全隱患。通過增加一條內(nèi)部溜井將上述困難進(jìn)行解決。

第三方面是在于考慮到破碎硐室分層擴(kuò)刷爆破施工到后期，內(nèi)部溜井周圍5～6 m范圍內(nèi)可留到最后進(jìn)行爆破施工，渣石可通過溜井溜渣，降低扒渣作業(yè)強(qiáng)度，加快出渣效率。

3.4 破碎硐室自上而下分層掘進(jìn)及頂部錨網(wǎng)噴支護(hù)施工

3.4.1 破碎硐室第一分層掘進(jìn)施工

破碎硐室頂部自上而下分層爆破施工，先在第一分層向內(nèi)部溜井位置掘進(jìn)爆破，實(shí)現(xiàn)破碎硐室頂部工作面與內(nèi)部溜井貫通。在實(shí)現(xiàn)內(nèi)部溜井貫通施工后，風(fēng)水管路、作業(yè)面照明線路等輔助施工措施通過溜井布置完成后，第一分層從上部礦倉位置開始向大件道方向爆破施工，依次完成指狀閘門硐室、破碎硐室、上部礦倉及0～-80 m主溜井爆破掘進(jìn)。

指狀閘門硐室頂部比破碎硐室頂部高6.03 m，分層爆破按照指定的爆破施工方案進(jìn)行穿孔裝藥，硐室頂部及時(shí)布置測(cè)量控制點(diǎn)，測(cè)量技術(shù)人員在上山導(dǎo)硐中標(biāo)定破碎硐室與指狀閘門硐室的邊界位置，并在上部礦倉位置布置控制點(diǎn)，與爆破施工人員做好技術(shù)交底工作，避免欠挖、超挖等質(zhì)量問題。堅(jiān)持在掘進(jìn)爆破掘進(jìn)施工中每爆破一次驗(yàn)收一次，確保掘進(jìn)斷面合格。

破碎硐室頂部施工與指狀閘門硐室施工工藝相同，破碎硐室頂部設(shè)計(jì)有錨網(wǎng)噴支護(hù)，在掘進(jìn)施工過程中爆破、通風(fēng)、扒渣后立即裝入錨網(wǎng)噴支護(hù)作業(yè)，確保硐室頂部圍巖穩(wěn)固，降低有限空間作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

破碎硐室頂部施工工作面通風(fēng)在內(nèi)部溜井安裝局部通風(fēng)機(jī)向工作面輸送新鮮風(fēng)流，污風(fēng)通過主溜井方井鉆機(jī)1.4 m直徑導(dǎo)孔回風(fēng)至0 m中段，工作面通風(fēng)循環(huán)效果良好，每次爆破后能夠在1～2小時(shí)內(nèi)排除工作面炮煙，為下道工序施工創(chuàng)造良好作業(yè)環(huán)境，并提高了作業(yè)循環(huán)效率，加快了工程建設(shè)進(jìn)度。破碎硐室施工階段通風(fēng)示意圖見圖2。

圖2 破碎硐室頂部掘進(jìn)通風(fēng)示意圖

3.4.2 破碎硐室第一分層錨網(wǎng)噴支護(hù)施工與輔助系統(tǒng)掘進(jìn)平行作業(yè)

破碎硐室頂部第一分層錨網(wǎng)支護(hù)作業(yè)穿插在掘進(jìn)爆破施工過程中，每次完成掘進(jìn)爆破、工作面通風(fēng)結(jié)束，立即進(jìn)行扒渣平渣作業(yè)，隨后噴漿施工人員進(jìn)入到破碎硐室頂部，在監(jiān)理、施工、業(yè)主完成驗(yàn)收后，立即開始初噴封閉。因碎硐室頂部錨網(wǎng)施工要登渣作業(yè)，在錨桿施工及噴漿作業(yè)期間，破碎硐室不能出渣。破碎硐室鑿巖工會(huì)有窩工現(xiàn)象。

在破碎硐室頂部進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)作業(yè)時(shí)，安排破碎硐室鑿巖工進(jìn)行粉礦回收井人行通道、破碎硐室變電所的掘進(jìn)施工，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化人員配置，避免作業(yè)人員窩工造成施工成本增加，同時(shí)實(shí)現(xiàn)破碎硐室輔助系統(tǒng)不單獨(dú)占用工期的目標(biāo)。

3.4.3 破碎硐室第二、三分層與主溜井、上部礦倉掘進(jìn)平行作業(yè)

破碎硐室第二、三分層掘進(jìn)施工與主溜井及上部礦倉的擴(kuò)刷平行作業(yè)。在進(jìn)行破碎硐室頂部掘進(jìn)、錨網(wǎng)噴施工作業(yè)過程中，因掘進(jìn)、支護(hù)作業(yè)工序轉(zhuǎn)換頻繁，錨網(wǎng)噴作業(yè)受空間制約，材料運(yùn)送至工作面難度大，造成錨網(wǎng)噴作業(yè)速度較慢，對(duì)破碎硐室施工進(jìn)度有所影響。根據(jù)破碎硐室地質(zhì)條件情況，決定對(duì)破碎硐室第二層、第三層集中掘進(jìn)爆破，渣石下落至-80 m標(biāo)高，然后采用搭設(shè)腳手架方式集中對(duì)破碎硐室三面立墻進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)作業(yè)。

主溜井及上部礦倉施工作業(yè)采用自上而下掘爆擴(kuò)刷方式(正掘)，在0 m中段主溜井口安裝提升設(shè)備輔助人員上下主溜井，輔助完成掘進(jìn)穿孔及輔助風(fēng)水管下放至工作面。作業(yè)人員在已完成的1.4 m直徑導(dǎo)孔四周穿孔擴(kuò)刷至主溜井設(shè)計(jì)直徑，爆破后渣石隨1.4 m直徑導(dǎo)孔下落至-80 m破碎硐室上山導(dǎo)硐中，通過-80 m中段U型礦車經(jīng)主井提升至地表。

破碎硐室在撒礦溜槽施工完成后，破碎硐室基本完成掘進(jìn)爆破施工，轉(zhuǎn)入破碎硐室集中錨網(wǎng)噴施工階段，在進(jìn)行錨網(wǎng)噴施工階段，下部礦倉開始從-110 m水平向-80 m水平施工1.5 m直徑垂直導(dǎo)硐，與破碎硐室錨網(wǎng)支護(hù)平行施工作業(yè)。

3.5 破碎硐室三面立墻集中進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)作業(yè)

破碎硐室毛斷面尺寸長度23.3 m，寬度9.3 m，高度15.3 m；凈斷面長度23 m，寬度9 m，高度15 m。噴漿厚度150 mm混凝土量120.86 m3，錨桿施工466根，網(wǎng)片500片。施工順序?yàn)槟_手架搭設(shè)→錨桿鉆孔→錨桿安裝掛網(wǎng)→噴漿→拆除腳手架。施工工期為30天。

腳手架材料采用φ48 mm×3.5 mm鋼管，架設(shè)高度11 m。立桿、橫桿間排距為1.8 m，層與層間距為1.8 m。腳手架一次性搭設(shè)到位，層與層間搭設(shè)人行爬梯供人員上下，爬梯寬度為400 mm，梯子使用腳手架同規(guī)格鋼管，梯子步距為350 mm，利用扣件固定牢靠。腳手架布置圖見圖3、圖4。

圖3 腳手架橫向布置圖

圖4 水平剪刀撐布置圖

4 結(jié)語

通過井下受限空間條件下破碎硐室掘砌技術(shù)的研究與探索，優(yōu)化破碎硐室掘砌施工技術(shù)方案，形成了多種掘砌方法并用的大硐室創(chuàng)新掘砌技術(shù)方案，并在廟溝鐵礦井建工程中得以實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了加快工程建設(shè)速度，保證工程建設(shè)安全高效的目的。