采礦工程巷道掘進和支護應用解析

張洪磊

中煤第五建設有限公司第三工程處 江蘇 徐州 221000

1 工程概況

本區地理上屬大興安嶺南西端北西坡，屬丘陵區，花敖包特山為本區最高山，海拔高程1103.5m，最低海拔高程960m，相對高差143m左右。礦區地形比較平緩，東部為丘陵區，西部為溝谷區。河谷呈開闊的“︺”字形，區內第四系覆蓋較厚，多屬殘積、殘坡積和風積物。西烏珠穆沁旗花敖包特銀鉛礦地主要承建箕斗主井、1#副井、2#副井，以及相關二、三期巷道、硐室掘砌工程。

2 工程施工技術措施

2.1 箕斗主井

箕斗主井高峰期達到6個掘進隊同時施工，其中有4個掘進隊承擔溜破系統掘砌。主井臨時改絞設計為兩個3m3箕斗提升，互為配重，箕斗上設簡易罐籠，各中段通過一條溜矸井集中到440m中段進行裝載，在計量硐室設置轉矸倉，安裝振動放礦機配溜槽，將矸石溜放到兩個箕斗內，各臨時轉載裝置與臨時改絞同步安裝。掘進工作面采用手持式鑿巖機打眼，電磁雷管起爆粉狀乳化炸藥爆破，由1m3電動側翻式鏟運機裝巖，配3m3自卸式膠輪車運輸。在溜破系統掘砌結束并下放大件后，改造臨時提升系統、安裝吊盤，進行井筒裝備和井塔施工、絞車安裝。

2.2 1#副井

1#副井井筒施工期間，首先將各中段馬頭門延伸段和措施溜井聯巷施工完成。待井筒落底后，在660m中段安排二個隊伍，一個隊伍施工井底車場及措施溜井等工程，另一個隊伍向SJ20豎井方向掘進，與SJ20豎井貫通后，拆除鑿井系統，進行井筒裝備和井架安裝，使該井盡快達到永久提升能力。當井筒裝備完成后，將分配50%的提升能力（約4000m3/月）用于提升礦石，另對每個中段安排隊伍同時施工，高峰期該井將安排9個施工隊。掘進工作面均采用手持式鑿巖機打眼，由1m3液壓鏟運機裝巖，配3m3自卸式翻斗車運輸至井筒附近的措施溜井，在420m中段措施溜井下口安裝振動放礦機，并鋪設道軌，由礦車集中裝載后，操車機推入永久罐籠，提升至地面，以上各中段均采用無軌運輸。

2.3 2#副井

2#副井落底后，即進行臨時改絞，臨時改絞方式為兩個3m3箕斗提升，箕斗上設簡易罐籠，采用1.5m3液壓鏟運機裝載，3m3無軌膠輪車運輸，在井筒南側設轉載倉和措施溜井，在北側設臨時水倉、泵房、變電所。各臨時轉載裝置與臨時改絞同步安裝，臨時改絞結束后，將與SJ20豎井貫通巷道、措施溜井、車場繞道及排水、供電等措施工程作為主線施工，實現臨時排水、供電系統后，施工各中段運輸平巷和永久泵房、變電所、水倉等工程，以便盡快形成運輸系統及井下永久供電、排水系統；其余工程將隨工程進展相繼施工，形成多頭同時作業的局面，2#副井高峰期安排6個工作面同時作業。各工作面均采用手持式鑿巖機打眼，1.5m3液壓鏟運機裝巖，斗容為3m3自卸式礦用環保型膠輪車運載至馬頭門，在轉載倉配振動放礦機將矸石裝入箕斗。每次爆破后，液壓鏟運機開到工作面，與膠輪車配合裝載，調頭或錯車時利用各穿脈開口作為調車硐室，沒有穿脈的巷道或直巷距離比較遠時，要每隔60m左右設一個調車硐室。

各中段措施溜井形成后，在420m中段兩個措施溜井位置各安裝一條溜子，一端在措施溜井底口、另一端通向箕斗轉矸倉，兩條溜子上下布置，均固定在馬頭門繞道對面巷幫位置，保證車輛及人員安全、方便通行。箕斗轉矸倉下口溜矸位置各安裝1臺振動放礦機，每次箕斗落到底后，通過振動放礦機放矸進入箕斗。

2.4 SJ20豎井

SJ20豎井現由第三單位施工，預計與1#副井同時落底，在井筒落底后，先進行永久裝備，盡快達到設計提升能力，在1#副井承擔礦石提升情況下，SJ20豎井將作為巷道開拓施工的主要提升井，也需增加措施溜井和相關硐室，在420m中段鋪設道軌，集中裝載，其余各中段均采用無軌運輸。井筒裝備完成后，將各中段措施溜井聯巷施工作為首要任務，在形成臨時運輸、變電、排水、通風系統后，對各中段巷道全面展開施工，該井作為巷道的主要開拓井，高峰期將達到10個施工隊伍。各施工隊均采用手持式鑿巖機打眼，由1m3液壓鏟運機裝巖，配3m3翻斗車運輸至井底附近的措施溜井，在420m中段措施溜井下口安裝振動放礦機，由礦車集中裝載后，操車機推入罐籠，提升至地面。

3 施工技術工藝分析及解決方案

根據內蒙古玉龍礦業股份有限公司西烏珠穆沁旗花敖包特銀鉛礦一、二、三采區基建工程施工圖紙，結合我處同類工程的施工經驗，經認真分析，認為本工程的施工難點、重點有以下幾點，并制定了相應解決方案。

3.1 井下涌水不詳，存在隱患

根據地質勘察報告資料，井筒和井下各中段巷道涌水量不詳，施工過程中可能存在水患。

采取解決方案：井筒施工前，首先進行探水，在確保無水害再正常掘進，正常掘進過程中，按照“先探后掘”的要求施工。在1#、2#副井井筒落到后，在井底420m中段布置臨時泵房及臨時水倉，在泵房內安裝4臺大流量高揚程臥泵（DM85-100×6型）和2臺（DC50-80×8型）高揚程臥泵，各中段工作面及巷道內涌水經沉淀后排至井底水窩，在水窩內設2臺流量為50m3的電動潛水泵排水至泵房臨時水倉內，通過臥泵排水；施工過程中對有疑問的含水層進行探水，如遇涌水，則采用注漿技術治水。

3.2 獨頭施工，通風降塵困難

井筒落底后，處于獨頭巷道施工，不利于施工通風，井下作業環境較差。

采取解決方案：采取混合通風方式加強通風。即在各中段內各安裝1臺FBD9.6-2×30KW風機分別配備1趟Φ600mm玻璃鋼風筒向地面壓風，同時在各水平馬頭門內安裝FBD6.0-2×15KW局扇配Φ800mm膠質風筒向工作面通風，各水平均形成井筒進風、風筒回風的通風系統。待各中段分別與其他井筒貫通后，則形成1#、2#副井進風，箕斗主井、SJ20豎井回風的通風系統，巷道每間隔50m左右，安裝一套風水聯動噴霧降塵裝置，以降低巷道回風流粉塵濃度。

3.3 巷道斷面小、掘支工程量大，巷道內設施多，相互影響大。

各中段巷道掘進斷面以6.56m3為主，不利于發揮機械化效率。各中段均采用手持式鑿巖機打眼，1.5m3液壓鏟運機裝巖，3m3自卸式膠輪車運輸。上中段的矸（礦）石分別通過措施溜井至420m中段轉載倉，420m中段的矸石可直接由自卸式膠輪車裝入轉載倉。各中段工作面均采用無軌運輸；在施工中全力推行一次成巷施工技術，合理安排工序、減少相互影響。

4 施工方法

主井落底后進行臨時改絞，改絞方式為兩個3m3箕斗提升，箕斗上設簡易罐籠作為上下人員，在溜破系統掘砌完成且下放大件后，轉入井筒裝備和井塔施工。1#副井在與SJ20井貫通后即進行永久裝備，在每個中段各設一個卸矸通道及一對溜矸（礦）井連通各中段，溜矸（礦）至420m中段轉載倉，集中裝礦車，最后通過兩個永久罐籠提升上井；SJ20井現由第三單位施工，預計與1#副井同時落底，在井筒落底后進行永久裝備，該井是一、二采區巷道開拓的主要提升井，將承擔大部分巷道開拓量的提升。2#副井在井筒落底后進行臨時改絞，改絞方式為兩個3m3箕斗提升，箕斗上高簡易罐籠作為上下人員，該井在420m中段集中裝載，在三采區掘砌任務完成后進行永久裝備；

各水平的黃砂、碎石等支護材料（干料）經井筒固定的三路Φ159mm下料管下到井底各中段，再用無軌膠輪車接料運至支護地點。

4.1 封孔材料

采用水炮泥加自制炮泥，自制炮泥主要成分為黃土、砂，封孔長度不小于500mm。

爆破后，采用液壓鏟運機裝矸，無軌膠輪車運輸至溜井或井底車場轉載點。1#副井、SJ20豎井在420m中段設置轉載點，并在溜矸（礦）井底安裝振動放礦機，溜井矸石經放礦機裝礦車，最后通過罐籠提升上井；箕斗主井在440m中段溜矸井底計量硐室位置設轉載倉，以上各中段爆破矸石經鏟運機配膠輪車裝入溜井后，經轉載倉直接裝入箕斗，440m中段破碎硐室等工程爆破矸石用鏟運機直接裝入轉載倉； 2#副井在420m中段兩條溜矸（礦）井底安裝振動放礦機和溜子，工作面爆破矸石經鏟運機配自卸式膠輪車運載到溜矸（礦）井后，通過在420m中段安裝的振動放礦和溜子直接轉入矸石倉，再裝箕斗，提升上井。

4.2 硐室工程施工

本次施工范圍內的硐室工程較多，正常情況下，掘進后根據圍巖穩固情況，先采取素噴或錨網噴臨時支護，之后再進行砼砌碹支護；當圍巖特別破碎時，應采用錨網噴、錨索或架設鋼棚等方法進行加強支護再進行砌碹支護。

由于泵房、變電所、斷面較大，為保證施工安全，施工中采用臺階法施工，上臺階超前下臺階3～5米，上臺階掘出后立即進行錨網噴臨時支護，臨時支護緊跟迎頭，澆筑砼時先墻后拱，每次澆筑長度可視圍巖情況確定。碹股采用18＃槽鋼制作，使用1.5m長建筑鋼模板。施工過程中應考慮碹胎、碹板的重復使用，合理確定墻部、拱部澆注段長。

在支護地點附近設攪拌站，各種砼用料經計量后，采用攪拌機攪拌。

4.2 .1砼的拌制與澆注：

（1）材料選擇：水泥為P.O42.5普硅水泥，中粗河砂，2～4cm堅硬碎石，水采用潔凈水，不含酸、堿及油污。

（2）砼的拌制及輸送：砼要嚴格按配合比攪拌均勻，攪拌機附近懸掛配合比牌板。砼經攪拌機攪拌均勻后人工入模或采用輸送泵入模。

（3）砼澆注

砼澆注應分層對稱進行，每層厚度不超過300mm；并應連續進行。砼振搗采用風動震動棒，設專人負責，振動棒插入下層砼中50～100mm，每次移動距離350mm,振搗砼表面出漿、無氣泡上浮。

（4）澆注砼防水技術措施

1）立模前發現圍巖出水點時，應根據出水點涌水量大小，安裝導水管，將涌水導入巷道水溝內。

2）澆注砼過程中，發現模板內有積水時，應及時排出。

4.3 交岔點施工

在中等穩定巖層中，正向交岔點應先掘出主巷，并打錨桿進行臨時支護，然后回過頭再刷幫、挑頂，隨即進行永久支護；逆向交岔點采用先由支巷掘至岔口，接著以小斷面橫向與主巷貫通，并將主巷掘過岔口，隨后反過來向主巷方向掘進，進行刷幫挑頂，并緊跟錨噴永久支護在不穩定巖層中應考慮使用導硐法施工交岔點。

由于交岔點斷面較大，開挖后圍巖應力集中，為防止其受壓變形破壞，同時也為了減少日后的維護量，建議各交岔點采用錨網噴等聯合支護方式，具體支護參數屆時另行編制措施確定。

4.4 巷道支護

巷道支護形式有錨網噴射砼支護、素噴混凝土支護。根據設計及實際揭露情況，確定支護型式。如果屬于風化松軟圍巖，立即初噴砼對巖面進行臨時封閉，然后再補噴砼到設計厚度。

（1）地表攪拌站拌制混合料（干料），通過井壁固定的Φ159管路，下放至各水平馬頭門儲料倉，再由無軌膠輪車運至支護工作面。

（2）水泥用強度等級為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細骨料使用中粗砂、粗骨料用5～10mm石子。為防止管路堵塞和減少回彈，石子要有很好的級配。速凝劑按水泥量的5%摻加，水灰比不超過0.45。施工時根據實際情況，調整配合比和水灰比，達到低回彈、粉塵小、砼強度高的目的。

（3）噴射機具選用ZP-VB新型砼噴射機。

（4）錨桿根據設計選擇加工錨桿。采用YT28鑿巖機或錨索機鉆進錨桿孔。

（5）巷道需掛網地段，初噴砼后，先施工錨桿，再把網片壓緊墻面，噴砼封閉網片，最后達到支護厚度。

（6）對砼表面進行不少于14天的噴水養護。

（7）巷道永久支護前應對出水點進行處理。對于集中出水點，可埋設短管導水。對于淋水面積較大的區域，則從裂隙旁邊向裂隙深處打眼注漿。

總結：

總之，巷道的掘進和支護關系著采礦工程的整體安全，是采礦工程中的關鍵內容，為了能保證順利的采礦，各采礦單位必須要時刻加強對掘進和支護技術的深入研究，并且對生產系統進行優化，優化采場的各項結構參數，生產工藝流程等。注重巷道掘進和支護技術的技術要點，建立合理的檢測體制，完善工程安全規范，在具體的施工環節中注意細節的把握，最終力求實現我國的采礦行業在新的時代發展背景下能安全、平穩、高質量發展。