硐室施工
硐室種類很多,大體上可分為機械硐室和生產服務性硐室兩種。機械硐室主要有卸礦、破碎、翻籠、裝載硐室、卷揚機房、中央水泵房及變電所、電機車修理間等;生產服務硐室有等候室、工具庫、調度室、醫療室、炸藥庫、會議室等。
1、硐室施工的特點及方法選擇
1.1硐室施工的特點
井下各種硐室由于用途不同,其結構、形狀和規格相差很大,與巷道相比,硐室有以下特點:
(1)硐室的斷面大、長度小,進出口通道狹窄,服務年限長,工程質量要求高,一般具有防水、防潮、防火等性能。
(2)硐室周圍井巷工程較多,_A硐室常與其他硐室或井巷相連,因而硐室圍巖的受力情況比較復雜,難以準確進行分析,硐室支護比較困難。
(3)多數硐室安設有各種不同的機電設備,故硐室內需要澆筑設備基礎,預留管纜溝槽及安設起重梁等。
硐室施工,除應注意其本身特點外,還應和井底車場的施工組織聯系起來,考慮到各工程之間的相互關系和合理安排。
1.2施工方法選擇
根據硐室圍巖的穩定程度和斷面大小,施工方法主要分為四種,即全斷面施工法、臺階工面施工法、導硐施工法和留礦法等。
(1)對圍巖穩定及整體性好的巖層,硐室高度在5m以下時,如水泵房變電所等,可以采用全斷面施法施工。
(2)在穩定和比較穩定的巖層中,當用全斷面一次掘進圍巖難以維護,或硐室高度很大,施工不方便時,可選擇臺階工作面法施工。
(3)地質條件復雜,巖層軟弱或斷面過大的硐室,為了保證施工安全,或解決出矸問題往往采用導硐法施工。
(4)圍巖整體性好,無較大裂隙和斷層的大型硐室,可以選擇留礦法施工。
2、硐室的施工方法
2.1全斷面法
全斷面施工法和普通巷道施工法基本相同。由于硐室的長度一般不大,進出口通道狹窄,不宜采用大型設備,基本上用巷道掘進常用的施工設備。如果硐室較高,鉆上部炮眼就必須登碴作業,裝藥連線必須用梯子,因此全斷面一次掘進高度一般不超過4~5m。這種方法的優點是利于一次成硐,工序簡單,勞動效率高,施工速度快;缺點是頂板圍巖暴露面積大,維護較難,浮石處理及裝藥不方便等。
2.2臺階工作面法
由于硐室的高度較大不便于操作,可將硐室分成兩層分層施工,形成臺階工作面。上分層工作面超前施工的,稱為正臺階工作面施工法;下分層工作面超前施工的,稱為倒臺階工作面施工法。
2.2.1正臺階工作面施工法
一般可將整個斷面分為兩個分層,每個分層都是一個工作面,分層高度以1. 8~2. 5m為宜,最大不超過3m,上分層的超前距離一般為2~3m。
先掘上部工作面,使工作面超前而出現正臺階。爆破后先進行上分層工作面的出碴工作,然后上下分層同時打眼,
下分層開挖時,由于工作面具有兩個自由面,因此炮眼布置成水平或垂直方向均可。拱部錨桿可隨上分層的開挖及時安設,噴射混凝土可視具體情況,分段或一次按照先拱后墻的順序完成。砌碹工作可以有兩種方法:一種是在距下分層工作面1.5~2. 5m處用先墻后拱法砌筑;另一種方法是先拱后墻,即隨上分層掘進把拱帽先砌好,下分層隨掘隨砌墻,使墻緊跟迎頭。這種方法的優點是斷面呈臺階形布置,施工方便,有利于頂板維護,下臺階爆破效率高。缺點是使用鏟斗裝巖機時,上臺階要人工扒碴,勞動強度大,且上下合階工序配合要好,不然易產生干擾。
2.2.2倒臺階工作面施工法
采用這種方法時,下部工作面超前于上部工作面,如圖5-2所示。施工時先開挖下分層.上分層的鑿巖、裝藥、連線工作借助于臨時臺架。為了減少搭設臺架的麻煩,一般采取先拉底后挑頂的方法進行。
采用噴錨支護時,支護工作可以與上分層的開挖同時進行,隨后再進行墻部的噴錨支護。采用砌筑混凝土支護時,下分層工作面超前4~6m,高度為設計的墻高,隨著下分層的掘進先砌墻,上分層隨挑頂隨砌筑拱頂。下分層掘后的臨時支護,視巖石情況可用錨噴、木材或金屬棚式支架等。
這種方法的優點是:不必人工扒巖,爆破條件好,施工效率高,砌碹時拱和墻接茬質量好。缺點是挑頂工作較困難。
這兩種方法應用廣泛,其中先拱后墻的正臺階施工法在較松軟的巖層中也能安全施工。
2.3導坑施工法
借助輔助巷道開挖大斷面硐室的方法稱為導坑法(導硐法)。這是一種不受巖石條件限制的通用硐室掘進法。它的實質是,首先沿硐室軸線方向掘進1~2條小斷面巷道,然后再行挑頂、擴幫或拉底,將硐室擴大到設計斷面。其中首先掘進的小斷面巷道,叫做導坑(導硐),其斷面為4~8rr12。它除為挑頂、擴幫或拉底提供自由面外,還兼作通風、行人和運輸之用。開挖導坑還可進一步查明硐室范圍內的地質情況。
導坑施工法是在地質條件復雜時保持圍巖穩定的有效措施。在大斷面硐室施工時,為了保持圍巖穩定,通常可采用兩項措施:一是盡可能縮小圍巖暴露面積;二是硐室暴露出的斷面要及時進行支護。導坑施工法有利于保持硐室圍巖的穩定性,這在硐室穩定性較差的情況下尤為重要。
采用導坑施工法,可以根據地質條件、硐室斷面大小和支護形式變換導坑的布置方式和開挖順序.靈活性大,適用性廣,因此應用甚廣。
導坑法施工的缺點是由于分部施工,故與全斷面法,臺階工作面施工法相比,施工效率低。
2.3.1中央下導坑施工法
導坑位于硐室的中部并沿底板掘進。通常導坑沿硐室的全長一次掘出。導坑斷面的規格按單線巷道考慮并以滿足機械裝巖為準。當導坑掘至預定位置后,再行開幫、挑頂,并完成永久支護工作。
當硐室采用噴錨支護時,可用中央下導坑先挑頂后開幫的順序施工,如圖5-3所示。挑頂的矸石可用人工或裝巖機裝出;挑頂后隨即安裝拱部錨桿和噴射混凝土,然后開幫噴墻部混凝土。
為了獲得平整的輪廓面,挑頂、開幫擴大斷面時,拱部和墻部均需預留光面層。根據圍巖情況,開幫工作可以在拱頂支護全部完成后一次進行,亦可錯開一定距離平行進行。
砌筑混凝土支護的硐室,適用中央下導坑先開幫后挑頂的順序施工,如圖5-4所示。在開幫的同時完成砌墻工作,挑頂后砌拱。
中央下導坑施工法一般適用于跨度為4~5m、圍巖穩定性較差的硐室,但如果采用先拱后墻施工時,適用范圍可以適當加大。這種方法的主要優點是頂板易于維護,工作比較安全,易于保持圍巖的穩定性,但施工速度慢、效率低。
2.3.2兩側導坑施工法
在松軟、不穩定巖層中,當硐室跨度較大時,為了保證施工安全,一般都采用這種施工方法。在硐室兩側緊靠墻的位置沿底板開鑿兩條小導坑,一般寬為1. 8~2. Om,高為2m左右。導坑隨掘隨砌墻,然后再掘上一層導坑并接墻,直至拱基線為止。第一次導坑將矸石出凈,第二次導坑的矸石崩落在下層導坑里代替腳手架。當墻全部砌完后就開始挑頂砌拱。挑頂由兩側向中央前進,拱部爆破時可將大部分矸石直接崩落到兩側導坑中,有利于采用機械出巖,如圖5-5所示。
拱部可用噴錨支護或砌混凝土,噴錨的順序視頂板情況而定。拱部施工完后,再掘中間巖柱。這種施工方法在軟巖中應用較廣。
2.3.3上下導坑施工法
上下導坑法原是開挖大斷面隧道的施工方法,近年來隨著光爆噴錨技術的應用,擴大了它的使用范圍,在金屬礦山高大硐室的施I中得到推廣使用。
某礦地下粗破碎硐室掘進斷面尺寸為31. 4m×14. 15m×11. 8m(長×寬×高),斷面面積為154. 9m2。該硐室在施工中采用了上下導坑施工法
這種施工方法適用于中等穩定和穩定性較差的巖層,圍巖不允許暴露時間過長或暴露面積過大的開挖跨度大、墻很高的大硐室,如地下破碎機硐室、大型提升機硐室等。
2.4留礦法
留礦法是金屬礦山采礦方法的一種。用留礦法采礦時,在采場中將礦石放出后剩下的礦房就相當于一個大硐室。因此,在金屬礦山,當巖體穩定,硬度在中等以上(f>8),整體性好,無較大裂隙、斷層的大斷面硐室,可以采用淺眼留礦法施工,其施工方法如圖5―7所示。
采用留礦法施工破碎硐室時,為解決行人、運輸、通風等問題,應先掘出裝載硐室、下部儲礦倉和井筒與硐室的聯絡道。然后從聯絡道進入硐室,并以拉底方式沿硐室底板按全寬拉開上掘用的底槽,其高度為1.8~2.Om。以后用上向鑿巖機分層向上開鑿,眼深1.5~1. 8m,炮眼間距為0. 8mXO.6m或1.Om×0.8m,掏槽以楔形長條狀布置在每層的中間。爆破后的巖碴,經下部貯礦倉通過漏斗放出一部分,但仍保持碴面與頂板間距為1.8~2.Om,以利繼續鑿巖、爆破作業,直至掘至硐室頂板為止。為了避免漏斗的堵塞,應控制爆破塊度,大塊應及時處理。順路天井用于上下人員、材料并用于通風。使用留礦法開挖硐室的掘進順序是自下而上,但進行噴錨支護的順序則是自上而下先拱后墻,鑿巖和噴射工作均以碴堆為工作臺。當硐室上掘到設計高度,符合設計規格后,用碴堆作工作臺進行拱部的噴錨支護。在拱頂支護后,利用分層降低碴堆面的形式,自上而下逐層進行邊墻的噴錨支護。這樣隨著邊墻支護的完成,硐室中的巖碴也就通過漏斗放完。如果邊墻不需要支護,硐室中的巖碴便可一次放出,但在放碴過程中需將四周邊墻的松石處理干凈,以保證安全。
留礦法開挖硐室的主要優點是:工藝簡單,輔助工程量小,作業面寬敞,可布置多臺鑿巖機同時作業,工效高。我國金屬礦山利用此法施工大型硐室已取得了成功的經驗,但該法受到地質條件的限制,巖層不穩定時不宜使用。同時,要求底部最好有漏斗裝車的條件,比如粗碎硐室的下部貯礦倉。因此此法應用不如導坑法廣泛。