大断面硐室的掘进与支护方案

1、大断面硐室的掘进与支护方案大断面硐室的掘进与支护方案杜涛金川集团三矿区摘要三矿区东部贫矿资源开发项目是金川公司最后一个大的矿山改扩建工程项目，在矿山的开拓和建设过程中，大断面硐室不可避免的会出现在矿建工程的每一个环节，硐室在施工过程中，由于断面大，长度比较短，其受力状态不易准确分析，施工难度大，往往因为岩石不稳定，容易使断面成型不规则，出现偏帮和冒顶的现象，影响工程的进度和威胁井下工作人员的安全。针对这一情况，根据东部贫矿建设过程中岩石地应力突出，水文地质条件复杂的状况，根据已有矿山建设过程中的工程实践经验，提出采用导硐施工法的基本硐室掘进方法，部分特大断面硐室，可以采用台阶工作面的的方法。支

2、护方面确定采用“锚杆+钢筋焊接网”作为基本支护方式，快速承接预应力锚索和钢筋砼作为加强支护方式，部分区域进行注浆处理。这些方式能够较好的控制大断面硐室的不稳定围岩，工程质量达到优良。关键词：不稳定围岩 大断面硐室 掘进和支护 1概述1.1 井下大断面硐室设计断面硐室断面形式：三心拱。由于大断面硐室长度小，进出口通道狭窄，服务年限长，工程质量要求高，所以在掘进的过程中，为了使断面的强度能够达到工程质量要求，建议采用三心拱的断面形式，三心拱有三段相内切的圆弧构成，拱作为受力结构的主要特性，将覆在其上的载荷作用所产生的内应力，沿拱上的任意点的切线方向传递至拱和墙角。相对于直墙半圆拱，三心拱的断面利用

3、率高，虽然稳定性不如半圆拱，但是相对来说，实用性更强。1.2 东部贫矿矿建过程中硐室的围岩和地质条件东部贫矿地质条件复杂，矿区内的岩浆岩主要为超基性岩体，由于受断裂构造控制，岩体膨胀现象明显，并带有一定的分支现象。矿区岩体变质和岩浆侵入作用明显，所以岩体完整性差，稳定性降低，造成矿区断裂、节理纵横交错，层间挤压发育，这些因数致使工程地质条件极为复杂，结构面软弱，残余应力较高，水平应力大于垂直应力，断面变形较严重，需要加固处理。水文地质条件方面，由于金昌地处河西走廊，雨水比较少，水文地质条件相对比较简单，在有些硐室的掘进和支护过程中会出现断面渗水的现象，采取开挖排水沟，架设导流管等基本的处理方式

4、即可。1.3 硐室掘进方式在矿建过程中，水泥硐室，沙子硐室，油库等都是大断面的硐室，在这些硐室的开挖过程中，由于断面比较大，围岩不稳定，所以全断面的掘进方式实用性不强，围岩难以维护，施工安全难以保证，所以采用导硐法进行施工。导硐法能够使软弱的岩层得到缓解，能够有效地解决出毛石的情况，这种施工方法的主要特点是借助辅助巷道开挖大断面硐室，这种巷道掘进法不受岩石条件限制，比较通用。在施工的过程中，首先要沿硐室轴线方向掘进1-2条小断面巷道，然后再进行挑顶、扩帮、拉低等工作，将这些工作完成后，在将硐室扩大到设计断面。先行掘进的小断面巷道，会为挑顶、扩帮和拉低的工作提供自由面，而且必要的时候还可以兼作通

5、风、行人和运输用巷道。这种掘进的小断面巷道能够先行探测到硐室内部的地质条件。不过由于导硐施工的方法要分部进行，所以与全断面法和台阶工作面施工法相比，施工效率比较低。导硐施工法主要有中央下导硐施工、两侧导硐施工和上下导硐施工的方法。根据东部贫矿井下矿建的围岩条件，水泥硐室，沙子硐室等断面跨度为5m左右，围岩稳定性比较差的硐室，可以考虑用中央下导硐施工方法，导硐从硐室中部沿底板掘进，当导硐掘进到预定位置后，再行开帮、挑顶，并完成永久支护工作。断面跨度不大的硐室，采用锚喷支护，这时可以再导硐施工完成后，先挑顶后开帮，挑顶和开帮后随即进行支护。为了使断面轮廓平整，挑顶和开帮过程中，拱部和墙部需预留光面

6、层。如果砌筑混凝土支护的硐室，采用先开帮后挑顶的顺序进行。这种方法的缺点施工速度慢，效率低。井建过程中会有一些开挖跨度大，墙很高的大断面硐室，如井下破碎硐室，提升机硐室，遇到这些跨度大的硐室，就需要考虑采用上下导硐施工法，从断面的顶部开始导硐施工，延伸至硐室底部。同时如果施工效率得不到保障，也可以使用台阶工作面法，由于硐室高度较大不便于操作，可将硐室分成两层分层施工，形成台阶工作面。如果采用正台阶工作面施工，那么上分层超前距离一般要保持3m，爆破后先进行上分层工作面的出毛工作，然后上下层同时打眼施工，下分层开挖时，炮眼布置呈水平或垂直布置,为了避免两个自由工作面的影响。这种方法断面呈台阶型布置

7、，施工方便，利于顶板维护，下台阶爆破的效率更高，不过上台阶在出毛的时候，扒渣部方便，劳动强度大，要求上下台阶施工配合。倒台阶施工法不必考虑扒渣的问题，爆破条件好，施工效率高，不过挑顶工作比较困难。这两种方法应用都很广泛，不过先拱后墙的正台阶工作面施工法在松软岩层中也能安全施工，综合考虑，在提升机硐室，破碎硐室等大型硐室的施工过程中，采用上下导硐施工法，或者正台阶工作面施工法，确保工程施工安全有效。1.4硐室施工前的准备工作硐室在施工前，准备工作是必不可少的，钻眼设备采用YT28气腿式凿岩机；装岩设备选择方面，出碴用JCCY-6柴油铲运机；支护的材料选择方面，喷锚网采用150mm150mm钢筋焊

8、接网片，钢筋采用6.5mm，规格为1250mm2150mm，锚杆采用18mm2250mm的滚压直螺纹钢，垫板规格为200mm200mm10mm，加强支护方面，U钢拱架采用25矿用钢制作，各个拱架间用18mm900mm螺纹钢拉杆勾连，有些断面由于岩石质量差，断面透水严重，需要锚注支护，锚注锚杆采用32mm6mm的热轧无缝钢管，长度3米，围岩较差的加强支护地段，长锚索一般采用15.24*7300mm的钢绞线。在材料和采掘设备准备完成的情况下，硐室施工前需要确定硐室的位置，计算硐室断面的尺寸，勾画硐室的断面轮廓线，根据设计图纸，用喷漆点出每个锚杆的眼位。1.5硐室支护在硐室的支护过程中，一般情况下采

9、用双层喷锚网+锚注支护。在工程地质条件较差的情况下可以采取加强支护，加强支护分为双层喷锚网+锚注+U钢拱架、双层喷锚网+锚注+长锚索、喷锚网+锚注+U钢拱架+钢筋混凝土支护，加强支护的断面根据选择的支护型式来具体确定，如需要采用喷锚网+锚注+U钢拱架（间距1米）+钢筋混凝土等三种支护型式。一次支护紧跟掌子面，二次支护一般在一次支护后1个月进行，但也要视实际情况（如地压、围岩稳固性等）而定。双层喷锚网支护，锚杆排间距1 m1 m，每次喷射混凝土的厚度为100mm，强度等级为C20。喷射混凝土配合比严格按试验参数执行。巷道开挖后，首先撬净工作面浮石，再进行30mm厚素喷支护，然后打注锚杆、挂网，最

10、后再进行70mm厚喷射混凝土。二次支护须在第一次支护30m左右后开始集中施工，在一次喷锚网支护的基础上打注锚杆、挂网，然后喷射混凝土至设计厚度。在施工巷道拱部二次支护时，必须搭建稳固的工作平台。U钢拱架支护，适用于围岩较差地段的加强支护，一般情况下间距为1m，当围岩特别破碎时，U钢拱架间距可调整为600mm。架设U钢拱架时在巷道底板要开挖200mm深的支护基础。锚注支护，锚注支护跟随一次喷锚网支护开始，围岩较稳定时，也可在二次支护以后进行，锚注支护与前方掘砌作业平行施工。锚注支护前，要对锚注地段的裂隙部位进行素喷，巷道开裂严重时要进行全断面素喷。锚注支护锚注锚杆间排距2米。锚注锚杆露头长100

11、mm150mm，以便于伸出眼外的锚杆与注浆管连接。先安装注浆锚杆，锚杆端部用水泥药卷堵孔，然后将注浆泵出料管用耐压胶管与注浆锚杆连接（螺纹连接），开动注浆泵进行大量注浆。注浆为纯水泥浆液，水灰比为0.650.8，水泥为32.5级，每次注浆压力在4.5Mpa维持5分钟或单孔注浆量达150kg后停止注浆，但是单孔注浆量达150kg停止注浆的要求不适用于冒顶区和岩层破碎地段。注浆时浆液必须搅拌均匀，边注边搅拌边观察，浆液若有泄漏及时封堵，注浆顺序先注下部再注上部。长锚索支护适用于围岩较差的加强支护地段，长锚索一般采用15.24*7300mm的钢绞线，间排距2m，用砂浆锚固，灰砂比为1：1。在现场需要

12、进行长锚索支护时，可根据实验项目的要求和实际情况具体确定长锚索的规格和型式。打锚索眼时采用凿岩台车，必要时采用YG-90型专用凿岩机。单筋混凝土支护适用于经相关工程主管部门同意采用单筋混凝土支护的巷道。主筋采用18螺纹钢，间距为250mm，副筋采用16螺纹钢，间距为300mm。钢筋搭接长度不小于30d，混凝土厚度为300mm，强度等级为C30。在掘进施工中遇到极不稳固的岩体而易发生局部片帮、冒顶的地段或已经冒顶时，可根据实际情况采取架U型钢拱架、打注超前锚杆、进行超前预支护（钎棚、管棚或预注浆）、锚注支护等支护措施，以保证安全生产。以上就是东部贫矿矿建过程中可以用到的支护方式，砂仓，水泥仓等断

13、面相对较小的硐室，如果岩石条件允许，可以采用双层喷锚网单一的支护方式，如果岩石条件破碎，渗水现象严重，需要架设型钢，并且进行注浆。提升机硐室，破碎硐室，这些断面跨度比较大的硐室，仅仅用双层喷锚网的方式是不能保证硐室安全的，需要长锚索支护，并且用钢筋砼在外围作加强支护处理，在一些渗水比较突出的区域，还要进行注浆处理。1.6硐室掘进和支护过程中注意事项一、必须要保证施工的安全，学会危险源的识别：爆破事故、车辆伤害、危石伤害、触电、高空坠落、烟尘、物体打击、火灾。二、认真执行产品质量法、矿山井巷工程施工及验收规范，施工机具必须保证符合设计标准和设计要求，不得因机具问题而产生质量事故。三、施工所用材料

14、要满足标准要求，砂、石、水泥等要保证清洁，沙石的含泥量应符合要求。严格按照设计备料，原材料必须具有出厂合格证或经试验室复试合格达到相关质量标准方准使用。四、打眼结束后，应清理干净孔内杂物，及时进行锚固剂安装，避免因时间过长造成塌孔，影响安装。一旦出现塌孔，必须用钩子将孔内石块，岩渣掏出后再放入水泥药卷，禁止将岩渣、水滞留在孔内进行锚固。五、锚注锚杆要按照设计布设，注浆支护时要注满、注实，并采取一些防止漏浆的措施。六、进行砼支护时必须用搅拌机搅拌，搞好混凝土振捣，防止出现蜂窝麻面；当支护遇到淋水时，应设置导水管，输出壁后涌水。七、按配比计量、配料搅拌，保证支护强度。八、严格按设计图纸和国家强制性

15、技术标准施工，不符合设计要求施工，不执行国家强制性技术标准施工的，要及时予以返工处理，并处以罚款。九、认真做好隐蔽工程记录及质量事故记录，并有针对性的提出纠正措施和改进意见用来指导施工。十、混凝土料接茬处必须按要求施工，接茬强度不得低于本体强度。混凝土料运至施工现场，随搅随用，不得堆放过长时间。十一、在打锚杆眼前画出眼位，做好一次喷锚网锚杆标记。锚杆角度要尽量垂直于岩面，且不能沿节理面打锚杆。锚杆间排距不得大于设计的10，锚固剂饱满度达到90。十二、地测部门应及时给出巷道中心和腰线，并按有关规定作好导线、高程（包括中心、腰线）等控制点的校核工作。2总结硐室的掘进是一个随时间，随空间不断变化的施工工程，是一个不可逆的非线性，大变形力学的动态演变过程，不同的支护方式与开挖施工，将会产生不同的围岩变形和应力分布结果。根据东部贫矿开拓过程中井下硐室围岩不同的地质力学条件，此次对不同围岩条