邵明偉

（紫金礦業(yè)建設(shè)有限公司）

大硐室施工存在斷面大、長(zhǎng)度短、大型機(jī)械設(shè)備難以進(jìn)入工作面等缺點(diǎn)，導(dǎo)致大硐室工程施工難度非常大。為了解決大硐室的掘進(jìn)問(wèn)題，礦山技術(shù)人員對(duì)大硐室施工技術(shù)進(jìn)行了探索和研究。目前存在以“上下導(dǎo)硐、天井溜渣、先拱后墻、分層開(kāi)挖”為代表的大型硐室快速傳統(tǒng)施工技術(shù)［1-12］，取得了不錯(cuò)效果，傳統(tǒng)方法具有靈活性好和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，但是存在組織要求嚴(yán)密、安全管理要求高等問(wèn)題。機(jī)械化快速施工技術(shù)以螺旋斜坡道導(dǎo)硐方案［13］和單向斜坡道導(dǎo)硐方案［14-15］為代表。

在中深孔施工大硐室方面，宋肖杰［16］介紹了博倫礦業(yè)利用中深孔應(yīng)用快速施工大硐室，較采用常規(guī)方法工期縮短50%以上，成本降低率35%以上，效果顯著。本文依托采礦工程設(shè)計(jì)和中深孔采礦技術(shù)，將硐室內(nèi)的巖體看作待開(kāi)采的礦體，通過(guò)精細(xì)采礦，將硐室內(nèi)的巖體回采出來(lái)，主要采用優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐驗(yàn)證的方法對(duì)大硐室掘進(jìn)進(jìn)行優(yōu)化。此外隨著裝備制造業(yè)的進(jìn)步，只要克服相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，此項(xiàng)技術(shù)研究將會(huì)拓寬中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用范圍和豐富大硐室的施工技術(shù)。

1 大硐室中深孔爆破掘進(jìn)技術(shù)探索

由于硐室工程要求的超欠挖限定值非常嚴(yán)格，硐室內(nèi)作業(yè)空間有限，所以限制了大型設(shè)備在硐室施工中的應(yīng)用，隨著裝備制造業(yè)的升級(jí)和中深孔爆破技術(shù)的成熟應(yīng)用，中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，但是仍存在3 個(gè)問(wèn)題：①多種原因造成的拉槽爆破失敗時(shí)，切割槽高度低于硐室尺寸設(shè)計(jì)值；②由于爆破衰減和鉆孔精度問(wèn)題，導(dǎo)致拱頂和邊墻欠挖；③解決工作面爆破之后，通風(fēng)排除炮煙和人員行走安全出口的問(wèn)題。為解決以上問(wèn)題，首先根據(jù)切割槽軸線的方向和硐室軸線的方向關(guān)系，將中深孔爆破掘進(jìn)技術(shù)分為2類，沿硐室軸線布置切割槽和垂直硐室軸線布置切割槽；其次根據(jù)工程實(shí)踐和采礦生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)以上2 類技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化提升，以期達(dá)到更好的效果。

1.1 沿硐室軸線布置切割槽關(guān)鍵技術(shù)

借鑒文獻(xiàn)［6］沿硐室軸線拉槽爆破思想進(jìn)行中深孔爆破掘進(jìn)設(shè)計(jì)，硐室平面中深孔布置如圖1 所示，其施工的關(guān)鍵問(wèn)題及解決對(duì)策見(jiàn)表1。

（1）巷道布置。根據(jù)巖石情況，沿硐室底部施工拉底硐室或拉底巷道，并在拉底空間內(nèi)向上施工2條切割井，切割井之間采用預(yù)切頂聯(lián)絡(luò)巷聯(lián)通。切割井前期作為安全出口，后期作為爆破自由面，此外，還需要在硐室外部合適位置施工1條通風(fēng)行人天井，并通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷將通風(fēng)行人天井和預(yù)切頂巷道聯(lián)通。巷道的尺寸根據(jù)選擇的鑿巖和穿孔設(shè)備所需安全空間確定。

（2）硐室刷擴(kuò)和中深孔鑿巖。利用鑿巖臺(tái)車將下部鑿巖硐室全部刷開(kāi)，底部硐室擴(kuò)刷超過(guò)邊界0.5 m，保證鉆機(jī)有足夠空間。若底部圍巖穩(wěn)固性不好，則硐室不宜全部刷開(kāi)，則應(yīng)施工拉底巷道和鑿巖進(jìn)路。切割井采用切割槽鉆機(jī)施工一次成型，深度超過(guò)巷道輪廓線0.3 m，利用中深孔鉆機(jī)施工切割排距1.0 m，正常排距1.2～1.5 m，切割排孔底距0.9～1.5 m，鉆孔深度超過(guò)巷道斷面線0.3 m，施工過(guò)邊墻的中深孔時(shí)，開(kāi)孔點(diǎn)下部施工厚度5 cm 的混凝土底板，墊層上表面為統(tǒng)一標(biāo)高。

（3）爆破方案。將整個(gè)硐室分為2 部分施工，分別為I區(qū)和Ⅱ區(qū)，拉槽爆破采用耦合裝藥，拉槽部分炸藥單耗為0.92～1.2 kg/t，裝藥系數(shù)90%左右，正排部分爆破單耗為0.4～0.45 kg/t，裝藥系數(shù)85%左右。

（4）施工順序。為了整個(gè)施工的可靠性和安全性，杜絕作業(yè)工人在裸頂下的作業(yè)，減小頂板暴露面積。I區(qū)按照如下工序進(jìn)行：拉槽爆破—正排爆破—局部欠挖修整—頂板錨網(wǎng)噴—邊墻錨網(wǎng)噴，I區(qū)完成之后才進(jìn)行Ⅱ區(qū)作業(yè)，Ⅱ區(qū)同時(shí)作為I區(qū)的安全出口，保證任何一道工序都有2個(gè)安全出口。

1.2 沿垂直硐室軸線布置切割槽關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)采礦工程設(shè)計(jì)，將硐室看作礦房，切割槽垂直于硐室軸線布置可以降低拉槽的難度，因此硐室平面中深孔布置如圖2所示，施工過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題及解決對(duì)策見(jiàn)表2。

（1）巷道布置。根據(jù)巖石情況，沿硐室底部施工拉底硐室或拉底巷道，并在拉底空間內(nèi)，向上施工2條切割井和預(yù)切頂聯(lián)絡(luò)巷。切割井前期作為安全出口，后期作為爆破自由面，預(yù)切頂聯(lián)絡(luò)巷作為安全出口和處理懸頂?shù)墓ぷ骺臻g，此外，在硐室外部合適位置施工2條通風(fēng)行人天井，并通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷將通風(fēng)行人天井和預(yù)切頂巷道聯(lián)通。巷道的尺寸根據(jù)選擇的鑿巖和穿孔設(shè)備所需安全空間確定。靠近邊墻的光面爆破中深孔需要最后爆破，保證巷道成形。

（2）爆破方案、施工順序等方面和上文中的沿軸線布置切割槽方案相同。

2 工程應(yīng)用

2.1 遜克金礦沿硐室軸線布置切割槽應(yīng)用

遜克金礦位于黑河市遜克縣，礦體上盤圍巖在賦存于潛流紋巖與中細(xì)粒堿長(zhǎng)花崗巖接觸帶附近，局部賦存于細(xì)粒堿長(zhǎng)花崗巖及隱爆角礫巖帶中。其中4#卸載站位于145 m 中段，圍巖為中粗粒堿長(zhǎng)花崗巖、細(xì)粒堿長(zhǎng)花崗巖及交代石英巖，質(zhì)地堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。施工時(shí)采用了沿硐室軸線布置切割槽的方式，布置方式如圖1所示，其中硐室長(zhǎng)18 m，寬8.2 m，高11.5 m，普氏系數(shù)f=10～12，屬于穩(wěn)固巖石。

2.1.1 施工方案

（1）施工設(shè)備。采用改裝后的YGZ90 中深孔鉆機(jī)、YT28鉆機(jī)、2 m3鏟運(yùn)機(jī)、20 t鏟車、濕噴臺(tái)車等。

（2）施工順序。先施工鑿巖硐室刷擴(kuò)—切割井及聯(lián)絡(luò)巷施工—中深孔施工及測(cè)孔—中深孔分次爆破—出渣—支護(hù)。

（3）施工方法。首先掘進(jìn)巷道1 和巷道2（圖1），進(jìn)入硐室之后對(duì)硐室進(jìn)行刷擴(kuò)掘進(jìn)，刷擴(kuò)高度3.0 m，刷擴(kuò)邊界超過(guò)設(shè)計(jì)邊界0.5 m。在設(shè)計(jì)位置施工2 條1.4 m×1.4 m 的切割天井，切割井深度超過(guò)巷道輪廓線0.3 m，并且在天井頂部按照設(shè)計(jì)位置施工斷面為1.4 m×1.6 m 的預(yù)切頂聯(lián)絡(luò)巷。在巷道2 內(nèi)施工1 條通風(fēng)行人天井，天井角度60°，天井到達(dá)硐室頂板后，施工拉底聯(lián)絡(luò)巷與預(yù)切頂聯(lián)絡(luò)巷貫通，保證在硐室施工時(shí)有2個(gè)安全出口和通風(fēng)順暢。

2.1.2 中深孔鑿巖爆破及支護(hù)

（1）爆破參數(shù)。中深孔鉆頭直徑55 mm，切割排排距1.0 m，孔底距為1.1 m，切割槽內(nèi)選用平行深孔。正常排的排距為1.3 m，孔底距為1.4 m，垂直深孔布置，孔口裝藥采用乳化炸藥交錯(cuò)布置，采用每3 卷捆成1捆，利用炮棍搗入炮孔中。

（2）鑿巖。中深孔鑿巖時(shí)，要保證底板的平整，測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將機(jī)心點(diǎn)標(biāo)定出來(lái)，鉆孔超過(guò)巷道輪廓線0.3 m，為了防止硐室的超欠挖，邊墻孔的機(jī)心要超過(guò)巷道輪廓線0.2 m。

（3）爆破施工。整體上先分區(qū)施工，先施工I區(qū)，然后施工Ⅱ區(qū)。裝藥采用乳化炸藥制作炮頭，采用毫秒微差法逐排進(jìn)行起爆，切割槽炮孔內(nèi)，每個(gè)炮孔2發(fā)雷管，孔底和孔中各安設(shè)1 個(gè)，孔內(nèi)敷設(shè)導(dǎo)爆索。正排炮孔內(nèi)，每個(gè)炮孔1發(fā)雷管，雷管位于孔底，炮孔內(nèi)填裝φ32 mm 乳化炸藥，3 卷為1 捆，用長(zhǎng)炮棍搗入炮孔內(nèi)。整體上先分區(qū)施工，每個(gè)分區(qū)先進(jìn)行切割槽中深孔爆破，然后再進(jìn)行正常排爆破。

（4）出渣及支護(hù)。根據(jù)巖石膨脹系數(shù)進(jìn)行計(jì)算和預(yù)留作業(yè)空間，計(jì)算出排渣量。通過(guò)分次爆破，有計(jì)劃排渣，保證硐室內(nèi)剩余的渣石量能作為作業(yè)平臺(tái)，待爆破完成后，對(duì)渣石平臺(tái)進(jìn)行平整，并在作業(yè)過(guò)程中配備腳手架搭設(shè)平臺(tái)和挖機(jī)平場(chǎng)等輔助措施。利用作業(yè)平臺(tái)對(duì)硐室欠挖部分進(jìn)行修整，對(duì)行車進(jìn)行安裝，并對(duì)局部欠挖地點(diǎn)進(jìn)行修整，隨后進(jìn)行錨網(wǎng)噴作業(yè)。

2.1.3 應(yīng)用效果

（1）超欠挖在允許范圍內(nèi)，安全管理可控，質(zhì)量滿足要求。

（2）利用中深孔爆破成本大約為普通掘進(jìn)法的95%，而在工期方面，普通法大約需要2.6 個(gè)月，而中深孔施工法大約為1.5個(gè)月，節(jié)約時(shí)間成本約38%，效果比較明顯。

2.2 新興鐵礦垂直硐室軸線拉槽爆破

新興鐵礦位于臨沂市新興村，鐵礦床為泰山巖群黑云變粒巖、黑云角閃片巖，局部有黃崗巖侵入，巖石硬度系數(shù)f=12～18，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 值平均84%，為穩(wěn)固圍巖，水文地質(zhì)簡(jiǎn)單。無(wú)軌維修硐室位于-410 m 水平，此硐室施工采用了垂直硐室軸線布置切割槽的方式，布置方式如圖2所示，硐室長(zhǎng)42 m，寬7.8 m，高11 m，普氏系數(shù)f=9～15，屬于穩(wěn)固巖石，局部存在不穩(wěn)固地段。

2.2.1 施工方案

（1）施工設(shè)備。采用1354中深孔臺(tái)車、28鑿巖臺(tái)車、切割槽鉆機(jī)、2 m3鏟運(yùn)機(jī)、20 t鏟車、濕噴臺(tái)車等。

（2）施工順序。先施工鑿巖硐室刷擴(kuò)—切割井及通風(fēng)行人天井施工—頂部聯(lián)絡(luò)巷施工—中深孔施工及測(cè)孔—中深孔分次爆破—出渣—支護(hù)。

（3）施工方法。首先對(duì)硐室進(jìn)行刷擴(kuò)掘進(jìn)，刷擴(kuò)高度3.6 m。巖石不穩(wěn)定地段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，刷擴(kuò)超過(guò)設(shè)計(jì)邊界0.5 m。切割槽設(shè)計(jì)在工具間和材料室的軸線方向，便于鑿巖，切割槽內(nèi)施工2 條直徑1.2 m的切割天井，切割井深度超過(guò)巷道輪廓線0.3 m，并且在天井頂部按照設(shè)計(jì)位置施工斷面為1.4 m×1.6 m 的預(yù)切頂聯(lián)絡(luò)巷。在硐室外側(cè)施工2條通風(fēng)行人天井，天井到達(dá)硐室頂板后，施工拉底聯(lián)絡(luò)巷與預(yù)切頂聯(lián)絡(luò)巷貫通，人員和輔助材料進(jìn)入硐室時(shí)，不用登渣進(jìn)入，可以保證人員安全和通風(fēng)順暢（圖2）。

2.2.2 中深孔鑿巖爆破及支護(hù)

（1）爆破參數(shù)。中深孔鉆頭直徑76 mm，切割排排距1.2 m，孔底距為1.2 m，切割槽內(nèi)選用平行深孔；正常排的排距為1.4 m，孔底距為1.6 m，采用垂直深孔布置，孔口裝藥交錯(cuò)布置。采用分裝銨油炸藥或粒狀銨油炸藥為主爆藥，起爆藥包采用φ32 mm 的乳化藥卷與導(dǎo)爆管加工而成，裝藥器裝藥。

（2）鑿巖。利用智能臺(tái)車的優(yōu)勢(shì)，鉆孔超過(guò)巷道輪廓線0.3 m，為了防止硐室的超欠挖，利用材料間和工具間的空間施工扇形邊墻孔。

（3）爆破。整體上先分區(qū)施工，先施工Ⅰ區(qū)，然后施工Ⅱ區(qū)。裝藥采用乳化炸藥制作炮頭，爆破時(shí)采用復(fù)式微差爆破起爆方式（切割槽安裝導(dǎo)爆索），各炮孔采用非電導(dǎo)爆管孔內(nèi)起爆，排內(nèi)齊發(fā)，排間微差（排間毫秒導(dǎo)爆管微差、排內(nèi)導(dǎo)爆管齊發(fā)爆破），每個(gè)分區(qū)先進(jìn)行切割槽中深孔爆破，再進(jìn)行正常排爆破。

2.2.3 應(yīng)用效果

（1）中深孔爆破成本大約為普通掘進(jìn)法的90%，而在工期方面，普通法大約需要5.8 個(gè)月，而中深孔施工法大約為3.1個(gè)月，節(jié)約時(shí)間成本約42%，效果比較明顯，主要體現(xiàn)在利用高效設(shè)備，切割井和中深孔施工效率非常高。

（2）超欠挖在允許范圍內(nèi)，安全管理可控，質(zhì)量滿足要求。

3 結(jié)論

（1）在硐室施工中采用中深孔爆破技術(shù)完全可行，具有明顯的時(shí)間優(yōu)勢(shì)。

（2）硐室施工時(shí)，預(yù)切頂聯(lián)絡(luò)巷可以減少懸頂概率、降低施工難度、提供雙安全出口。

（3）為了提高中深孔爆破技術(shù)的穩(wěn)定性和減少安全管理難度，采用分區(qū)施工整個(gè)硐室，能很好地減小爆破衰減和減少圍巖暴露面積。

（4）采用中深孔爆破技術(shù)施工大硐室，需要根據(jù)硐室的設(shè)計(jì)圖紙確定切割槽和硐室軸線的關(guān)系，在工程設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮拉槽失敗后的處理措施和中深孔爆破的衰減效應(yīng)，才能保證整個(gè)工程順利有序地進(jìn)行。

（5）大硐室中深孔爆破掘進(jìn)技術(shù)在遜克金礦及新興鐵礦中均得到成功應(yīng)用，降低了掘進(jìn)成本，縮短了施工工期，提高了工作效率。