马 杰（大冶有色设计研究院有限公司，湖北 黄石 435005）

地下大型破碎机硐室施工方法

马 杰（大冶有色设计研究院有限公司，湖北 黄石 435005）

上下导硐、天井溜碴、先拱后墙、自上而下分部开挖的施工方法，目前在矿山大断面硐室施工中被广泛采用，尤其用于中等稳定和稳定性较差的岩层和围岩不允许暴露面积过大、时间过长的硐室施工。

上下导硐；联络天井；先拱后墙

1 前言

矿山地下的大型破碎机硐室具有硐室断面大、长度小、进出口通道狭窄、埋深大，不宜采用大型设备施工，硐室周围井巷工程较多，一个硐室常与其它硐室或井巷相连，围岩的受力情况比较复杂，难以准确分析;硐室服务年限长，工程质量要求高的特点,其施工难度大，成为井建工程中关键部分。针对每个具体工程如何选择科学合理的施工方法意义十分重大。本文以丰山铜矿第二溜破系统破碎机硐室施工方法为例进行总结和探讨。

2 工程地质情况

丰山铜矿是大冶有色金属公司的主要生产矿山，矿床含铜、金、银、钼等多种金属,可选性好,地理条件优越。井下矿石生产规模为2 200 t/d。

丰山铜矿是高中温热液交代矽卡岩—斑岩复合型铜矿床，矿体赋存在岩浆岩与其围岩的接触带附近。围岩主要为大理岩、白云石大理岩、蚀变大理岩（蛇纹石化），其中穿插花岗闪长斑岩。受热接触变质作用，岩浆侵入围岩中，其热力使碳酸盐岩发生重结晶变质为大理岩—白云石大理岩，岩石稳固性较差。岩石岩溶作用中等，裂隙较发育，裂隙密度为2～12条/m，岩石普氏系数f=6～8，RQD值 70%～90%，单轴抗压强度δc=85～105MPa。岩体被多组不同方向节理所切割，易产生冒顶或片帮；围岩蚀变强烈，绿泥石化、蛇纹石化、高岭石化十分普遍，强蚀变岩石遇水即软化、泥化，易自然垮落。

硐室工程及所处地质情况如下。

（1）破碎机硐室设在-351m水平，距井口地面431m，硐室掘进长度27.2m，宽9.8m，（拱顶部分宽11.4m）高13.5m，开挖量2 861m3，双层钢筋混凝土支护。平面上操作硐室、变电硐室、除尘硐室、大件道与之相连；空间上硐室上部通过原矿仓与-320m中段矿石转载站相联通，硐室下部通过成品矿仓与-392m矿石输送皮带道计量硐室相联，通过大件道与副井相连通。

（2）该处围岩主要为大理岩、白云石大理岩、蚀变大理岩（蛇纹石化），其中蚀变大理岩颜色为黑灰色，块状，岩石稳固性较差。岩石岩溶作用中等，裂隙较发育，岩石普氏系数f=6～8，岩体被多组不同方向的节理所切割，易产生冒顶或片帮。

（3）施工区域内涌水量小。

3 施工方案的确定

（1）硐室围岩的稳固性较差，裂隙发育，岩体被多组不同方向的节理所切割，易产生冒顶或片帮。围岩不允许大面积暴露，且暴露时间不能过长，不能采用全断面开挖。

（2）硐室断面大，长度小，进出口通道狭窄，围岩稳固性较差，岩石的整体性不好，不能用留矿法施工。

（3）选择灵活性大，适用性强的导硐法。导硐法施工不需要特殊设备和机具，并能根据不同地质条件、硐室断面和支护形式变换开挖方法。因硐室高13.5m，采用上下导硐，天井溜碴，围岩不允许大面积暴露，且暴露时间不能过长保证安全作业采用先拱后墙，自上而下分层分部开挖、支护。

4 施工方案及分析

4.1 施工方案

（1）沿硐室两边墙和端墙掘2.2m(宽)×2.6m（高）环形连通的下导硐，拱部中央掘一条3m（宽）×2.6m（高）上导硐，上下导硐用6条1.8m×1.8m天井联通溜碴。通过下导硐在原矿仓位置掘2m×2m的先行小井通-320m中段车场，上导硐与原矿仓先行天井贯通。形成了由上下导硐、6条天井（联通上下导硐）、原矿仓先行小井构成的通风、下料、行人系统。

（2）整个硐室分三层四次开挖三层浇筑，硐室断面大，岩石不稳固，每层开挖一层浇筑一层，每层采用短掘短砌，都以两头向中间夹进的方式，一头掘一头砌。

（3）为防止拱顶和第二层浇筑混凝土下沉开裂，每次浇灌混凝土前在浇灌的底部围岩先打锚杆，为保证分次浇筑混凝土的整体性，上下立接茬模板。

（4）两头的端墙每层开挖后先采用锚喷临时支护，最后从下至上整体一次性浇筑。

4.2 施工方案分析

（1）采用上下导硐，6个联络天井数量多，分布位置好，扒碴距离短，环形下导硐可以多点出碴，十分方便且节约时间。

（2）6个联络天井和一个与连通-320m中段车场原矿仓的先行小井形成一个有效的通风网络，使炮烟逸散速度快。在原矿仓先行小井中安装溜灰管下放混凝土料，除拱顶需人工甩锹外，第一分层以下均用小板车接混凝土送到浇筑工作面，降低了劳动强度，也加快了施工进度。

（3）硐室一头掘一头砌，保证施工进度，也为混凝土的养护提供时间。

（4）采用分层施工和留底部中心岩柱，使分层和中心岩柱作为立模的支撑和基础，可以节约大量材料，立模变得简单；每层施工作业高度不大，拱顶砌好后，才开始下分层施工，没有冒顶、塌方的危险，安全系数大。

5 工程施工

5.1 通风

在原矿仓先行小井与-320m运输中段贯通前，工作面只与进风的副井相通，为独头施工，炮烟排出困难。为改善作业条件通风天井应尽早开工。

（1）先施工一侧下导硐到原矿仓附近，打原矿仓的先行小井通-320m运输中段，首先形成整个硐室工程的通风网路。

（2）然后在原矿仓先行小井-320m中段安装局扇，加强通风，形成从副井进风主井出风的通风系统，完成剩下的下环形导硐、6条联通天井、上导硐。

（3）上下导硐、6条联通天井完工后，这样便形成了主体工程由上下导硐、6条联通天井、原矿仓先行小井构成良好的通风网络系统。

5.2 行人及下料

（1）硐室施工采用一头掘进一头浇筑混凝土，掘进工作面一头的联通天井设禁止行人告示牌，浇筑混凝土一头的联通天井要将浮渣清理干净，架设人行梯和防护措施后人员才能上下。

（2）小件材料可从人行的联通天进上下，大件材料如拱架、脚手架等从原矿仓的先行小井下放。在-320m运输中段从原矿仓的先行小井接一趟溜灰管至硐室内工作平台，混凝土从-320m中段通过溜灰管下放至工作平台的小板车内，运至浇筑工作面。

5.3 施工顺序

因硐室处的围岩稳固性较差，裂隙较发育，岩石普氏系数f=6～8，岩体被多组不同方向的节理所切割，易产生冒顶或片帮，硐室采用短掘短砌。具体上下导硐、天井溜碴、分层开挖见示意图1。

（1）上下导硐、6条联通天井、原矿仓先行小井掘进后进行喷射混凝土60mm厚临时支护。

图1 上下导硐、天井溜碴、分层开挖示意图

（2）硐室分三层四次开挖三层浇灌，开挖成梯形台阶形状，第一层以上导硐为切割槽，进行拱部开挖，开挖至拱基下0.5m，第二层开挖至4.6m，第三层开挖时在硐室中心留5.4m×4.6m的中心岩柱，待硐室浇筑完工拆模后再进行中心岩柱（第四次）开挖。

（3）每层开挖先拉联通天井上部喇叭形的漏斗口，为获得平整的轮廓面，拱顶与侧墻均需留600mm光面爆破层，掘进工作面超前光面爆破破面一茬炮的距离，然后光面层再与掘进工作面同时向前推进。光面层减少装药量采用空气间隔装药。

（4）硐室短掘短砌，第一层拱部每3m一个循环，第二层每4m一个循环、第三层每5m一个循环。每层均采用从两头向中间夹的方式，一头掘进另一头立模、浇灌、养护。支护用的脚手架、拱架、模板，拆模后直接从一头搬到另一头进行立模。

（5）为防止拱顶和第二次浇灌混凝土下沉开裂，每次浇灌混凝土前在浇灌的底部围岩先打三排锚杆，锚杆为螺纹钢Φ20mm，长度L=1.6m，呈梅花形布置，外露350mm预埋在浇灌混凝土内。为保证分次浇灌混凝土的整体性，立三角形的接茬底模，下层浇灌顶部接头时也采用接茬顶模，接头处浇灌时用振动棒振密实。

（6）两头端墙每层开挖后先采用锚喷临时支护，一头的端墙与操作硐室一起从下至上整体一次性浇筑。另一头端墙待给矿机硐室与原矿仓掘进后与给矿机硐室与原矿仓一起从下至上整体一次性浇筑。

6 施工中出现的问题和经验教训

（1）变配电硐室支护破坏。变配电硐室为破碎硐室的辅助硐室，位于破碎硐室一侧，两硐室的保安岩柱厚6m，有通道与破碎硐室相通。变配电硐室长9m、宽4m、高4.5m，设计采用锚网喷支护。为存放作业工具，变配电硐室先施工。在破碎硐室第二层开挖后，变配电硐室位于破碎硐室一侧支护好的边墙和拱顶，出现大面积开裂、掉块。施工方将破坏支护层敲掉，重新打锚杆挂网喷混凝土支护。当破碎硐室第三层开挖后，变配电硐室位于破碎硐室一侧重新支护的边墙和拱顶，又出现大面积开裂、掉块。

分析认为由于破碎硐室断面大，围岩不稳固，每层开挖后，围岩应力重新分布，根据围岩的产状，变配电硐室与两硐室间6m的保安岩柱刚好应力集中区，导致破坏。只有等破碎硐室施工完，围岩集中应力释放、围岩稳定后，才能进行加固处理。按分析的结果进行处理后取得了好的效果。

吸取的经验教训：大断面硐室围岩条件差时，施工会引起围岩应力的重新分布，其周边布置的辅助硐室为避免受其影响，应待其完工后再施工。

（2）第一层拱顶浇筑时有一个循环，由于停电未一次性浇筑完成。在第二层施工时这个循环作业部位出现三条小的裂纹，等第三层边墙浇筑完工后，裂纹的发展才停止。

吸取的经验教训：①浇筑一个循环应一次性浇筑完成，浇筑质量才有保证。②当大断面硐室从上往下浇筑时，每次浇筑的混凝土自重大，浇筑前在浇筑的底部围岩先打锚杆防止浇筑混凝土下沉是完全必要的，且锚杆的规格与数量要进行计算。

7 结语

（1）丰山铜矿第二溜破系统破碎机硐室施工保证了工程质量和工程进度，通风、安全、劳动强度都达到了较好的效果，取得了好的经济效益。

（2）上下导硐、天井溜碴、先拱后墙、自上而下分部开挖的施工方法，目前在矿山大断面硐室（破碎硐室）施工中被广泛采用，尤其用于中等稳定和稳定性较差的岩层和围岩不允许暴露面积过大、时间过长的硐室施工。

[1] 徐小荷.采矿手册第2卷[M].北京：冶金工业出版社，2005.

Construction method of large underground crusher chamber

The construction methods using over-and-under pilot drift,raise drafting slag,arch construction before wall and excavation from top to bottom were widely adopted in the construction of large section chamber in mine at present,and especially used in the construction of chamber with medium stability and poor stability rock and surrounding rock which exposed area and time were not allowed too large and long.

over-and-under pilot drift;connecting raise;arch construction before wall

1672-609X（2010）05-0026-04

TD264＋.3

B

2010-03-17

2010-07-28

马 杰（1974-），男，湖北天门人，采矿（井建）工程师，从事矿山建井技术与管理工作。