劉化江，伍福然，龐欣榮，萬里勝

(1.廣西冶金研究院礦山工程設(shè)計(jì)研究所， 廣西 南寧 530023；2.廣西河池五吉有限責(zé)任公司五圩礦， 廣西 河池市 547000)

預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)法在斜井過表土層中的應(yīng)用

劉化江1，伍福然1，龐欣榮1，萬里勝2

(1.廣西冶金研究院礦山工程設(shè)計(jì)研究所， 廣西 南寧 530023；2.廣西河池五吉有限責(zé)任公司五圩礦， 廣西 河池市 547000)

五圩礦173-4#硐新斜井鎖口圈施工中遇到松軟土石塌方的問題，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際提出采用“預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)施工法”，較好地解決了施工技術(shù)難題?！邦A(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)施工法”技術(shù)上可行，安全上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，施工順利，效果良好，可在中小型礦山類似工程中推廣使用。

斜井；松軟土石；預(yù)制鋼拱；逐步推進(jìn)法

0 前 言

五圩礦173-4#硐原提升系統(tǒng)采深約110 m，采用三級(jí)提升，礦石轉(zhuǎn)運(yùn)工作量大，提升循環(huán)時(shí)間長，不僅嚴(yán)重影響出礦量，而且浪費(fèi)人力和物力，其最高產(chǎn)量僅有1.4萬t/a，已嚴(yán)重制約該礦的生產(chǎn)能力。根據(jù)企業(yè)發(fā)展規(guī)劃要求，對173-4#硐的提升運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行全面整改設(shè)計(jì)，把原三級(jí)提升改為一級(jí)提升，提升能力滿足礦石15萬t/a和廢石5萬t/a的生產(chǎn)要求，為+247 m以下斜井延深作好充分準(zhǔn)備，使+247 m以上現(xiàn)有生產(chǎn)中段及+247 m以下新建中段的主運(yùn)平巷與斜井提升系統(tǒng)易于銜接，解決其提升運(yùn)輸瓶頸問題，滿足生產(chǎn)規(guī)模的需要，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

4#硐原一級(jí)斜井,斜長165 m，垂高65 m，方位282.43°,其坡度不均：由井口+355 m標(biāo)高斜向下51 m，坡度為20.2°，由51 m處至斜井底+290 m坡度為26°。斜井?dāng)嗝孑^小，個(gè)別地段凈寬不足2 m，凈高不足1.9 m，不符合安全要求，也不能滿足企業(yè)今后生產(chǎn)發(fā)展的需要。

整改后主斜井：井口標(biāo)高和方位角不變，井口位置往原井口后方水平移動(dòng)11.5 m，并將原斜井上部51 m的坡度由20.2°調(diào)整為26°，主斜井鎖口圈斷面為三心拱型，凈寬3.8 m，凈高3.0 m，支護(hù)厚度0.3 m，凈斷面10.72 m2，掘進(jìn)斷面12.94 m2。主斜井井口往下至頂板到達(dá)基巖處為鎖口圈部分(長約15 m)，鎖口圈需在原一級(jí)斜井上方進(jìn)行施工，同時(shí)還要對原一級(jí)斜井按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行擴(kuò)寬、挑頂、鏟底刷大至+290 m井底，然后將主斜井按設(shè)計(jì)斷面從+290 m標(biāo)高延深至斜井底+168.54 m。五圩礦主斜井縱剖面和主斜井硐口橫斷面如圖1所示。

圖1 五圩礦主斜井

2 斜井鎖口圈地質(zhì)條件

金屬礦山的巖層一般較穩(wěn)固，但斜井施工時(shí)的表土層其地質(zhì)條件一般較差，節(jié)理裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差[1]，且受到地表水和地下水的影響較大，鎖口圈開挖會(huì)破壞原巖的平衡性，極易產(chǎn)生滑坡、坍塌等現(xiàn)象[2]。五圩礦整改后的主斜井鎖口圈需在原4#硐上方進(jìn)行開挖施工，而原4#硐口上方均是之前井口開挖施工以后的回填土石，其厚度達(dá)20 m以上且質(zhì)地松散，極易坍塌，導(dǎo)致主斜井鎖口圈施工非常困難，安全威脅非常大。

五圩礦斜井鎖口圈因地處山坡地形，完全開挖，其開挖范圍和土石方量太大，且鎖口圈上方有部分生產(chǎn)構(gòu)筑物，完全開挖進(jìn)行鎖口圈施工，不切合實(shí)際。

3 幾種鎖口圈施工方案比較

斜井表土層施工常用方法有凍結(jié)法、地面預(yù)注漿法、打樁法以及預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)法等施工方法。

3.1 凍結(jié)法

凍結(jié)法的基本原理是將含水土體利用人工設(shè)置的凍結(jié)管，凍結(jié)管內(nèi)循環(huán)冷媒劑，帶走土體中熱量從而形成強(qiáng)度高密封性好的凍土，起到承受荷載和密封防水的作用。該法既適用于松散不穩(wěn)定的沖積層和裂隙發(fā)育的含水巖層，也適用于淤泥、松軟泥巖以及飽和含水和水頭特別高的地層,具有凍結(jié)加固的地層強(qiáng)度高、適應(yīng)性強(qiáng)、安全可靠、整體性好、無污染的優(yōu)點(diǎn)，但和其他方法相比,工藝復(fù)雜，投資大，造價(jià)高[3]。

3.2 地面預(yù)注漿法和打樁法

地面預(yù)注漿法施工是鑿井之前從地面鉆孔到預(yù)加固地層后對其進(jìn)行注漿使其穩(wěn)固，然后再進(jìn)行井筒掘砌的施工方法。打樁法即將樁打進(jìn)地表以下，使相關(guān)的軟土石地質(zhì)結(jié)構(gòu)層得到支撐或支護(hù)。這兩種方法安全高效，但同時(shí)也有需要設(shè)備多、投資大、預(yù)注漿循環(huán)時(shí)間長、需要專業(yè)隊(duì)伍施工等問題，對工程量小的項(xiàng)目不適用。

3.3 預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)法

預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)施工法是在松軟表土層中逐步小距離的開挖井巷，然后安裝預(yù)制鋼拱以臨時(shí)支護(hù)井巷，待鋼筋混凝土澆筑后就成了其中的鋼筋，然后重復(fù)上述步驟逐步推進(jìn)施工[4]。該方法具有投資設(shè)備少、施工簡單、循環(huán)時(shí)間短，較為適用于工程量小的中小型礦山斜井鎖口圈施工。

4 預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)施工法工藝

4.1 鎖口圈原支護(hù)方式

斜井鎖口圈原支護(hù)采用300 mm厚的鋼筋混凝土支護(hù)，混凝土強(qiáng)度為C20；鋼筋為Ⅱ級(jí)，內(nèi)、外側(cè)鋼筋環(huán)向Ф14@180，內(nèi)、外側(cè)鋼筋徑向Ф14@230，鋼筋保護(hù)層厚度30～50 mm，搭接長度30 d，彎鉤長度12.5 d(d為鋼筋直徑)。

4.2 鎖口圈現(xiàn)支護(hù)形式

針對五圩礦現(xiàn)場地質(zhì)情況，為了有利于施工，對原支護(hù)方式稍做調(diào)整，斜井鎖口圈支護(hù)仍然為鋼筋混凝土支護(hù)，只是將內(nèi)外側(cè)環(huán)向鋼筋變?yōu)橛晒ぷ咒摶虿垆撝谱鞒傻念A(yù)制鋼拱，間距約0.5 m，其他與原設(shè)計(jì)基本保持不變[5]。

4.3 鋼拱逐步推進(jìn)施工法

(1) 鋼拱拱架制作。事先用槽鋼(8#、10#)或工字鋼(9#、11#、12#)按設(shè)計(jì)要求在車間加工制作好鋼拱拱架。井口鎖口圈長15 m左右，大約共需30架預(yù)制鋼拱。

(2) 斜井鎖口圈開挖。為防土石垮塌，在掘進(jìn)時(shí)采用人工開挖方式掘進(jìn)，同時(shí)每次只開挖0.5 m左右，開挖完后立即將預(yù)制鋼拱架放到掘進(jìn)好的井筒內(nèi)進(jìn)行安裝，以起到一定程度的支護(hù)作用，然后再向前挖掘下一段。

(3) 預(yù)制鋼拱安裝。安裝第一付鋼拱拱架時(shí)，將預(yù)制拱架放至開挖好的斜井井筒內(nèi)，斜井的兩側(cè)底板處可放一些小木板或碎石，做鋼拱支架的基礎(chǔ)。同時(shí)確保安放的拱架中心線與斜井的中心線一致，在拱架腿與巷道壁之間的空隙處用木板塞緊，塞木板時(shí)可在拱架腿之間放一根固定長度的木頭以阻止鋼拱變形過大，確保鋼筋保護(hù)層厚度為30～50 mm。這樣通過作用力與反作用力將支架固定在開挖后的井筒內(nèi)。第一付支架安裝完成后，再向前開挖0.5 m左右，然后安裝第二付拱架，并將相鄰支架用φ18鋼筋連接扣穩(wěn)，重復(fù)以上步驟，直到安裝完4付支架后，進(jìn)行混凝土澆筑。

(4) 鎖口圈鋼筋混凝土澆筑。澆筑前，在徑向上用Ф14鋼筋綁扎在預(yù)制鋼拱上，然后裝上模板(刷有脫模劑)，最后澆灌混凝土。澆灌混凝土前先用木板在要澆灌混凝土的巷道的下方攔好，以免混凝土往下流出。澆灌時(shí)，先從兩邊墻基逐步往拱頂澆灌，一邊澆灌一邊人工搗震，從而使混凝土密實(shí)。最后進(jìn)行脫模，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)等后期處理。該階段完成后，重復(fù)鎖口圈開挖—預(yù)制鋼拱安裝—鋼筋混凝土澆筑—脫模后期處理等工序，逐步推進(jìn)鎖口圈的向前施工，直至將整個(gè)鎖口圈施工完畢。

預(yù)制鋼拱在安裝時(shí)既能起到開挖后臨時(shí)支護(hù)的作用，待預(yù)制鋼拱澆筑完混凝土以后又可做作為混凝土中鋼筋使用，比原設(shè)計(jì)的鋼筋支護(hù)效果更優(yōu)。預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)施工法工藝流程如圖2所示。

圖2 預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)施工法工藝流程

5 結(jié) 論

目前主斜井鎖口圈已順利施工完畢，實(shí)踐證明,預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)法在五圩礦斜井鎖口圈施工中取得了良好效果，不僅解決了主斜井鎖口圈邊開挖邊塌方的施工難題，而且確保了施工的質(zhì)量和安全，也為后續(xù)斜井的快速施工創(chuàng)造了有利的條件。

預(yù)制鋼拱逐步推進(jìn)施工法，可操作性強(qiáng)、易于施工、循環(huán)時(shí)間少，不必投入過大的機(jī)具設(shè)備，投資少，經(jīng)濟(jì)效益明顯，是斜井鎖口圈過松軟表土層安全、快速施工的一種行之有效的方法，適用于井巷短小的中小型礦山斜井的施工，因而中小型同類條件下的礦山可借鑒使用。

[1] 尤祖琳.復(fù)雜地層中硐口施工的安全技術(shù)措施[J].地質(zhì)勘探安全，1998，5(3)：31-32

[2] 周昌達(dá).井巷工程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.

[3] 于潤滄，唐 建，郭 然，等.采礦工程師手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[4] 王 青，任鳳玉，顧曉薇，等.采礦學(xué)(第2版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

[5] 李 明，白紀(jì)華，尹先偉.斜井表土層快速施工方法[J].山東煤炭科技，2010(3)：16-17.

2013-10-23)