郭威，華海洋，時傳龍，王建衛(wèi)

(山東黃金集團，山東 濟南 250000)

隨著對礦產資源需求量的增加和淺部資源的不斷消耗，國內很多地下礦山已進入深部開采階段[1]，深部大型硐室工程施工不斷增多，深部復雜的巖體應力條件對硐室施工安全和進度提出了更高的挑戰(zhàn)。因此，十分必要深入研究深部大型硐室的施工方案。

1 工程及地質概況

1.1 工程概況

紅嶺鉛鋅礦位于內蒙古赤峰市，采、選生產能力為5000 t/d，豎井開拓，最低開拓中段為705 m中段。為了確保生產接續(xù)，礦山計劃于705 m 標高新建一條盲箕斗斜井，與現有箕斗豎井接力擔負705～465 m 標高礦石提升任務。

盲箕斗斜井提升機硐室底板標高704.44 m，硐室斷面為1/4 三心拱斷面，設計凈長為16.5 m，凈寬12.0 m，凈高11.0 m，墻高8.0 m，拱高3.0 m，硐室拱部采用錨噴網聯合支護，噴砼C30，支護厚度150 mm，樹脂錨桿網度0.8 m×0.8 m，鋼筋網采用Φ8 mm 圓鋼，網度150 mm×150 mm。硐室邊幫采用C30 混凝土支護，支護厚度350 mm。硐室凈斷面為124.54 m2，掘斷面為133.64 m2，掘進量2298.61 m3。

1.2 地質概況

盲斜井提升機硐室位于礦體下盤，工程范圍內的巖體主要為板巖，巖石硬度系數為f=10～12，該區(qū)域內小節(jié)理裂隙發(fā)育且相互交錯，造成巖石局部破碎，巖體體積節(jié)理系數為6.43，巖體完整性系數為0.65[2?5]。水文地質條件簡單，有少量裂隙滲透水，局部有滴水現象。

2 施工方案初選

該盲斜井提升機硐室屬大斷面硐室，大斷面硐室施工方法主要有3 種[6?10]：全斷面施工法、臺階法和導硐法。從技術角度出發(fā)，本項目提升機硐室位于穩(wěn)定巖石中，初選全斷面施工法和導硐法，其中：全斷面施工法有利于一次成硐，工序簡單，勞動效率高，施工速度快，缺點是頂板暴露面積大，維護困難，浮石處理及裝藥不方便。導硐法優(yōu)點是頂板暴露面積小，有利于保持頂板穩(wěn)定，缺點是分部施工，施工效率低。

從安全角度出發(fā)，明確全斷面施工與導硐法施工圍巖變形的具體情況，進而選擇盲提升機硐室施工方案。

3 模擬分析

3.1 巖石力學參數

根據礦區(qū)地質巖組的劃分，礦區(qū)巖體主要為板巖，本次數值模擬參數依據礦山巖石力學報告[11]選取。巖體物理力學參數取值見表1。

表1 板巖物理力學參數

根據《有色金屬采礦設計規(guī)范》（GB 50771-2012）[12]，原巖應力計算按自重應力加側壓系數考慮，即：

式中，zδ為垂直應力，MPa；xδ、yδ為水平應力，MPa；γ為巖石容重，kN/m3；h為覆蓋巖層厚度，m；最大主應力xδ垂直硐室長軸方向。

3.2 模型的建立

三維數值模擬[13?15]模型結合地表絕對標高1080 m，硐室底板絕對標高704.44 m 建立，模型尺寸（x×y×z）：200 m×210 m×210 m，劃分66 857 個單元，12 186 個節(jié)點，數值模型見圖1。

圖1 提升機硐室三維數值模型

3.3 施工模擬過程

采用分層開挖模擬導硐法施工，首先開挖拱部，并施加錨桿支護后再進行墻部開挖；全斷面法施工一次全斷面開挖，開挖完成后再施加錨桿支護。為了分析不同施工方案硐室圍巖變形情況，沿硐室長軸方向設置左端部、中部及右端部共3 個觀測斷面，每個斷面在墻拱結合處、拱頂共設置3 個觀測點，分別記錄豎向位移、水平位移情況，具體布置如圖2 所示。

圖2 觀測斷面及觀測點布置

3.4 模擬結果分析

導硐法硐室施工及全斷面硐室施工模擬計算結果如圖3 所示。

（1）由圖3（a）～圖3（f）可以看出，導硐法施工與全斷面施工均呈現硐室中部較端部位移更為明顯的趨勢，導硐法施工最大位移為6.1×10?3m，出現在硐室中部墻拱結合處，是端部斷面相同位置最大位移3.7×10?3m 的1.65 倍。

（2）由圖3（g）～圖3（h）可以看出，導硐法施工拱頂豎向位移較全斷面施工豎向位移總體趨小，主要是導硐法施工拱部得到及時錨噴支護限制了豎向位移的發(fā)展，最大豎向位移6.75×10?4m 小于全斷面施工最大豎向位移8.25×10?4m。

圖3 數值模擬結果

綜合上述結果，盲斜井提升機硐室確定采用導硐法施工。

4 施工方案

根據現場施工條件及設備配置情況，為充分減少措施工程布置，確定采用無軌斜坡道，上下導硐，天井溜渣、先拱后墻、分層開挖的導硐法施工方案。即先由臨近配電硐室施工上山斜坡道至提升機硐室拱部，斜坡道到位后，施工上下導硐，然后施工溜井，將上下導硐貫通。拱部開挖成型后，進行錨噴支護，再自上而下分層開挖，如圖4 所示。

圖4 施工方案及拱頂噴漿支護

4.1 斜坡道施工

結合現場工程布置情況，首先由配電硐室施工鏟運機上山斜坡道至硐室拱部，根據1 m3內燃鏟運機參數，確定斜坡道斷面規(guī)格為2.8 m×2.7 m，斜坡道坡度由兩段構成，一段坡度為17%，長度20 m，二段坡度28%，長度12 m。

4.2 上下導硐及溜井施工

斜坡道施工至變坡點后，施工斷面規(guī)格為2.8 m×2.7 m 的1/3 三心拱平巷作為上導硐至硐室邊界，長度5.0 m，同時施工提升機硐室聯絡巷作為下導硐（斷面規(guī)格為3.0 m×3.0 m 的1/3 三心拱），長度6.8 m。上下導硐施工完成后，由下導硐反掘斷面規(guī)格為1.8 m×1.5 m 的溜井，與上導硐連通。

4.3 拱部開挖

因硐室跨度較大，為減少暴露面積，拱部分3步施工：第1 步，上導硐向左側擴刷至硐室邊界，同時壓頂至硐室拱部設計位置，臨時支護。第2 步，上導硐向右側擴刷至硐室邊界，同時完成上導硐及斜坡道壓頂至硐室設計位置。第3 步，進行錨噴網永久支護。

4.4 墻部分層開挖

拱部開挖及支護完成后，自上而下進行墻部分

層開挖，每層高度2.5 m，以斜坡道作為自由面掘進，施工至設計邊界后進行臨時支護。

4.5 永久支護

硐室施工完成后，首先施工提升機基礎等配套工程，進而施工繩道并完成支護，然后再進行提升機硐室的永久支護，永久支護順序：施工準備→測量方向→斷面檢查→清理基礎及欠挖處理→綁扎鋼筋→基礎混凝土澆筑→滿堂腳手架搭設→立模板→自檢→監(jiān)理檢查→澆筑混凝土→下一循環(huán)施工。

5 結論

（1）通過對紅嶺鉛鋅礦盲斜井提升機硐室施工方案的選取，建立了三維數值模型，模擬分析表明：導硐法施工與全斷面施工均呈現硐室中部較端部位移大，導硐法施工最大位移為6.1×10?3m，出現在硐室中部墻拱結合處，是端部斷面相同位置最大位移3.7×10?3m 的1.65 倍，導硐法最大豎向位移6.75×10?4m 小于全斷面施工最大豎向位移8.25×10?4m。

（2）結合數值模擬結果，確定了硐室導硐法施工方案，施工過程中加強重點區(qū)域支護措施，確保了施工安全。

（3）結合現場實際硐室布置，采用斜坡道施工硐室，減少了措施工程，不僅降低了措施工程對硐室圍巖的擾動，同時降低了施工成本，具有較好的應用效果。