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        金屬礦山復雜硐室施工方法

        2021-08-31 10:02:32李文光
        當代化工研究 2021年16期
        關鍵詞:施工

        *李文光

        (山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦 山東 261400)

        1.引言

        三山島金礦西嶺礦區(qū)位于山東省萊州市境內(nèi),是我國機械化程度高、生產(chǎn)規(guī)模較大的黃金礦山。西嶺礦區(qū)位于三山島礦區(qū)以東2km處,礦體賦存標高在-500m~-2600m之間,隨著淺部黃金資源的開采結束,井拓工程開始逐級向深部發(fā)展[1-2]。其中,西山礦區(qū)-600m深度以下井拓工程以盲豎井+斜坡道聯(lián)合的方式,為保證產(chǎn)量和人員上下的需求,需要在-537m水平建立大斷面提升機硐室。深部大斷面硐室建設一直是礦山建設的難點,施工工期緊,而且?guī)r性、巖體完整性、高水壓等賦存地質(zhì)條件對其影響很大[3-7]。隨著礦山建設技術的發(fā)展,大斷面硐室施工經(jīng)驗越來越豐富,但由于建設環(huán)境的差異性和多變性,往往沒有一種統(tǒng)一的方法,還需根據(jù)其實際工程條件具體問題針對性解決[8-10]。

        三山島盲豎井建設工程中,為保證提升機硐室能夠快速投入使用,縮短建井周期,施工過程中建立了三層聯(lián)合掘進施工方法,在實際工程中開展了工程應用,獲得了良好的效果,為類似大斷面硐室施工積累了工程經(jīng)驗。

        2.工程及地質(zhì)概況

        三山島金礦盲豎井位于礦體下盤-600m中段,井筒斷面φ5.5m,井口標高-600m,井底標高-1240m,深度640m。采用JKM4×6多繩摩擦提升機,箕斗罐籠互為平衡提升方式,箕斗規(guī)格為19m3底卸式箕斗,罐籠規(guī)格為3600mm×1270mm雙層罐籠,采用玻璃鋼剛性罐道。該井設計提升能力為礦石2000t/d,廢石400t/d,并預留一定的提升能力,卷揚機硐室位于-537m水平,箕斗卸礦硐室-575m水平,-600m標高設振動放礦機硐室,-1200m標高設裝礦系統(tǒng),-1240m標高設井底粉礦回收。下設-690m、-780m、-870m、-960m、-1050m、-1140m共6個中段,盲混合井一期工程不建設箕斗裝礦系統(tǒng)和溜破系統(tǒng),作為罐籠平衡錘提升系統(tǒng)使用。二期工程建設箕斗裝礦系統(tǒng)和溜破系統(tǒng),作為箕斗罐籠互為平衡提升系統(tǒng)使用。

        三山島金礦盲豎井提升機硐室,位于井下-537m水平。硐室長18.7m,寬14.1m,高15.65m,掘進斷面209.19m3,屬于特大提升機硐室。盲豎井永久提升機硐室位于礦體下盤的中深部,巖層的厚度較大,鉆孔揭露厚度大于1700m,巖性以二長花崗巖、絹英巖化花崗巖、黃鐵絹英巖化碎裂巖為主。在主干斷裂附近,巖石受構造作用的影響,構造裂隙比較發(fā)育,裂隙頻率一般低于4條/m,RQD值一般大于75%;在遠離主斷裂的底板,巖石完整,裂隙不發(fā)育,RQD值一般大于90%。巖石的硬度較大,巖石質(zhì)量為好的和極好的。巖石硬度系數(shù)為f=10~12,該區(qū)域內(nèi)發(fā)育相互交錯的小節(jié)理裂隙,造成巖石破碎。水文地質(zhì)條件簡單,有少量裂隙滲透水,局部有滴水現(xiàn)象。

        3.三層聯(lián)合掘進施工方法

        (1)深部硐室施工現(xiàn)狀

        各種硐室的形狀、規(guī)格和結構差別很大,所穿過的巖石性質(zhì)也不相同,所以施工方法也較多。目前施工方法可以分為以下三類:全斷面一次掘進法,臺階工作面施工法和導硐施工法[11-12]。

        全斷面一次掘進法常用于圍巖比較穩(wěn)定、斷面不是特別大的硐室。它和普通巷道施工法基本相同。在常規(guī)設備條件下,全斷面一次掘進硐室的高度,以不超過5m為宜,因此此法并不適合特大提升機硐室的施工。

        當采用全斷面一次掘進圍巖維護困難時,或者由于硐室的高度過大而不便于施工時,可將整個硐室按全高分成幾個分層,施工時形成臺階狀,此即臺階工作面施工法。上分層工作面超前施工的,稱為正臺階工作面施工法,亦稱下行分層施工法;下分層工作面超前施工的,稱為倒臺階工作面施工法,亦稱上行分層施工法。臺階工作面施工法一般用在巖層穩(wěn)定或比較穩(wěn)定的條件下。由于特大提升機硐室控頂高度大,采用此方法施工不僅組織復雜,而且渣石倒運強度太大,且局部時段控頂高度大,施工存在較大的安全風險。

        根據(jù)導硐所在位置的不同,導硐施工法有中央下導硐施工法、頂部導硐施工法、兩側導硐施工法之分。對50m2以上的硐室多采用兩側導硐施工。中央下導硐施工法,導硐位于硐室中部靠近底板,導硐斷面可按單軌巷道考慮以滿足機械裝巖要求。當導硐掘到預定位置后,再進行刷幫、挑頂,并完成永久支護工作;在松軟、不穩(wěn)定巖層中,為了保證硐室施工的安全,在兩側墻部的位置沿硐室底板開掘兩條小導硐,其斷面不宜過大,一般寬度為1.8~2.0m,高度為2.0m,以利控制頂板。掘一層導硐后隨即砌墻,再掘上一分層的導硐,硐石放在下層導硐里一部分,代替腳手架,再接砌邊墻到拱基線位置。墻部完成后開始挑頂砌拱。拱部完成后再拆除中間所留的巖柱。如果采用兩側導硐施工法,安全確實得到了保證,特別是上部硐室的施工,全靠人工出渣,滿足不了機械化裝巖的需要,施工進度又難以保證[13-14]。

        (2)三層聯(lián)合掘進施工方法

        為了適應三山島金礦盲豎井提升機硐室的工程建設環(huán)境,建立特大提升機硐室的三層聯(lián)合掘進施工方法,其特征在于把整個硐室在垂高方向上分為上、中、下三層施工,然后進行施工垂直天井之外的中層掘進工作。具體施工步驟為:

        第一步:①采用中央導硐法施工下層:施工中央導硐,然后擴刷至設計邊界。②施工中層垂直天井:在中層的四個角分別施工一條垂直天井做為上層的溜渣井。③施工上層:先施工垂直拉底巷,并使之與三個角的垂直天井貫通,從其中一條貫通巷開始擴幫、壓頂,達到拱頂設計的寬度和高度,并進行永久支護。

        第二步:施工垂直天井之外的中層掘進工作。優(yōu)選地,上層分兩次施工拱頂:第一次爆破控頂一定高度,第二次進行光面爆破,掘進完畢后,拱頂進行錨桿與噴射砼聯(lián)合支護;再進行鋼筋砼永久支護。

        第三步,首先在本特大提升機硐室入口天井的下部,用上部留下的毛渣,平整一個高度為2~3m的平臺;然后沿垂直天井向周圍擴刷,把提升硐室一角擴刷至與上層貫通;之后沿提升硐室掘進斷面,依次向前落渣推進;出渣;出渣結束后,采用噴砼進行臨時支護;最后澆筑拱頂下墻體及牛腿柱。

        4.工程實踐

        三山島金礦盲豎井提升機硐室圍巖以堅硬的二長花崗巖為主,總體上巖石比較穩(wěn)定,而局部比較破碎,同時硐室斷面大,采用普通硐室施工方法施工難度比較大,難以順利按照工期完成任務。為了確保硐室的安全快速施工,施工過程中采用下層導硐,中層天井,上部直角拉底,先底頂后中層聯(lián)合掘進施工法。

        具體施工方法:如圖1和圖2,在硐室垂高15.65m的高度上分為三層分施工:

        圖1 三山島金礦盲豎井井拓圖

        圖2 特大硐室上部掘進平面圖

        (1)下層施工

        下層4.5m采用中央導硐施工法,先施工3m×3m中央導硐1,然后擴刷至設計邊界;中層垂高為6.5m,在硐室的四個角分別施工一條垂直天井2做為上層的溜渣井,垂直天井Φ2.0m。待上層施工完畢后,再進行擴刷。上層垂高為4.65m,先施工垂直拉底巷3,并使之與三個角的垂直天井2貫通,垂直拉底巷3規(guī)格為2m×2m,從其中一條貫通巷(圖2中互呈直角三角形的兩條巷道之一)開始擴幫、壓頂,達到拱頂設計的寬度和高度。

        (2)中層施工

        分兩次施工拱頂:第一次爆破控頂高度4m,第二次進行光面爆破,爆破高度0.65m。掘進完畢后,拱頂進行錨桿與噴射砼5cm聯(lián)合支護。再進行鋼筋砼永久支護。硐室鋼筋與拱頂、硐壁上的外露50cm錨桿牢固綁扎,錨桿的參數(shù)Φ18mm、L=3000mm、@1.5m×1.5m。同時已經(jīng)澆筑結束的起拱線下鋼砼底部采用1.5m間距,用Φ32mm螺紋鋼做為錨桿,與預留搭接的鋼筋綁扎連接,有效抑制了上層砼澆筑體變形位移。通過一系列舉措,上部吊掛,下部墊托,對鋼砼墻壁起到了很好的支撐作用,確保了中層擴刷的安全作業(yè)。

        (3)上層施工

        最后施工上層剩余6.5m的掘進工作,在上部提升機澆筑層的保護下進行施工,具體做法為:在-537m提升硐室底部靠近配電硐室、大件道的天井(靠近入口天井)下部,用上部留下的毛渣,平整一個高度為2~3m的平臺。沿天井向周圍擴刷,把提升機硐室一角擴刷至與上層貫通,這樣上部是鋼筋砼頂板,在澆筑頂板下作業(yè),有效地防止了控頂過高導致的塌方危險。然后沿提升硐室掘進斷面,依次向前落渣推進。掘進分兩步進行,第一步:掘進落渣2~4m高,第二步:掘進剩余部分。掘進時測量人員及時檢查毛斷面尺寸,嚴格控制超挖現(xiàn)象。達到設計要求后,檢查拱頂鋼筋砼有無變化,如果沒有變化用鏟運機配合卡車出渣。出渣結束后,采用噴砼進行臨時支護。最后澆筑拱頂下墻體及牛腿柱。

        5.結論

        (1)特大提升機硐室施工過程中采用了下層導硐、中層天井、上部直角拉底,先底層、再中層、最后頂層的聯(lián)合掘進施工法。該工法既減少了底部和上部控頂過高造成的冒頂危險,同時中部又在上部提升機頂板澆筑層的保護下進行擴刷,大大提高了掘進的安全系數(shù),同時又提高了施工效率。

        圖3 特大硐室上部拱頂澆筑后的效果圖

        圖4 特大硐室整體澆筑后的效果圖

        (2)三層聯(lián)合掘進施工方法在有效地控制控頂高度的同時,又實現(xiàn)了機械化快速出渣。在中層的四個角施工四條天井,做為上部的溜渣井,與臺階工作面施工法相比較,減少了倒渣量,與導硐施工法相比較,大幅度降低了出渣和平場強度。

        (3)采用三層聯(lián)合掘進施工方法大大提高了施工效率,通過采取關鍵施工技術措施,盲豎井提升機硐室計劃工期9個月,實際只施工7個月就完工,較計劃工期提前了2個月。

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