预制钢拱逐步推进法在斜井过表土层中的应用

2014-09-28刘化江伍福然庞欣荣万里胜

采矿技术 2014年2期

关键词：斜井井口注浆

刘化江，伍福然，庞欣荣，万里胜

(1.广西冶金研究院矿山工程设计研究所，广西南宁 530023；2.广西河池五吉有限责任公司五圩矿，广西河池市 547000)

预制钢拱逐步推进法在斜井过表土层中的应用

刘化江1，伍福然1，庞欣荣1，万里胜2

(1.广西冶金研究院矿山工程设计研究所，广西南宁 530023；2.广西河池五吉有限责任公司五圩矿，广西河池市 547000)

五圩矿173-4#硐新斜井锁口圈施工中遇到松软土石塌方的问题，结合现场实际提出采用“预制钢拱逐步推进施工法”，较好地解决了施工技术难题。“预制钢拱逐步推进施工法”技术上可行，安全上可靠，经济上合理，施工顺利，效果良好，可在中小型矿山类似工程中推广使用。

斜井；松软土石；预制钢拱；逐步推进法

0 前言

五圩矿173-4#硐原提升系统采深约110 m，采用三级提升，矿石转运工作量大，提升循环时间长，不仅严重影响出矿量，而且浪费人力和物力，其最高产量仅有1.4万t/a，已严重制约该矿的生产能力。根据企业发展规划要求，对173-4#硐的提升运输系统进行全面整改设计，把原三级提升改为一级提升，提升能力满足矿石15万t/a和废石5万t/a的生产要求，为+247 m以下斜井延深作好充分准备，使+247 m以上现有生产中段及+247 m以下新建中段的主运平巷与斜井提升系统易于衔接，解决其提升运输瓶颈问题，满足生产规模的需要，提高企业的经济效益。

1 工程概况

4#硐原一级斜井,斜长165 m，垂高65 m，方位282.43°,其坡度不均：由井口+355 m标高斜向下51 m，坡度为20.2°，由51 m处至斜井底+290 m坡度为26°。斜井断面较小，个别地段净宽不足2 m，净高不足1.9 m，不符合安全要求，也不能满足企业今后生产发展的需要。

整改后主斜井：井口标高和方位角不变，井口位置往原井口后方水平移动11.5 m，并将原斜井上部51 m的坡度由20.2°调整为26°，主斜井锁口圈断面为三心拱型，净宽3.8 m，净高3.0 m，支护厚度0.3 m，净断面10.72 m2，掘进断面12.94 m2。主斜井井口往下至顶板到达基岩处为锁口圈部分(长约15 m)，锁口圈需在原一级斜井上方进行施工，同时还要对原一级斜井按设计断面进行扩宽、挑顶、铲底刷大至+290 m井底，然后将主斜井按设计断面从+290 m标高延深至斜井底+168.54 m。五圩矿主斜井纵剖面和主斜井硐口横断面如图1所示。

图1 五圩矿主斜井

2 斜井锁口圈地质条件

金属矿山的岩层一般较稳固，但斜井施工时的表土层其地质条件一般较差，节理裂隙发育，稳定性较差[1]，且受到地表水和地下水的影响较大，锁口圈开挖会破坏原岩的平衡性，极易产生滑坡、坍塌等现象[2]。五圩矿整改后的主斜井锁口圈需在原4#硐上方进行开挖施工，而原4#硐口上方均是之前井口开挖施工以后的回填土石，其厚度达20 m以上且质地松散，极易坍塌，导致主斜井锁口圈施工非常困难，安全威胁非常大。

五圩矿斜井锁口圈因地处山坡地形，完全开挖，其开挖范围和土石方量太大，且锁口圈上方有部分生产构筑物，完全开挖进行锁口圈施工，不切合实际。

3 几种锁口圈施工方案比较

斜井表土层施工常用方法有冻结法、地面预注浆法、打桩法以及预制钢拱逐步推进法等施工方法。

3.1 冻结法

冻结法的基本原理是将含水土体利用人工设置的冻结管，冻结管内循环冷媒剂，带走土体中热量从而形成强度高密封性好的冻土，起到承受荷载和密封防水的作用。该法既适用于松散不稳定的冲积层和裂隙发育的含水岩层，也适用于淤泥、松软泥岩以及饱和含水和水头特别高的地层,具有冻结加固的地层强度高、适应性强、安全可靠、整体性好、无污染的优点，但和其他方法相比,工艺复杂，投资大，造价高[3]。

3.2 地面预注浆法和打桩法

地面预注浆法施工是凿井之前从地面钻孔到预加固地层后对其进行注浆使其稳固，然后再进行井筒掘砌的施工方法。打桩法即将桩打进地表以下，使相关的软土石地质结构层得到支撑或支护。这两种方法安全高效，但同时也有需要设备多、投资大、预注浆循环时间长、需要专业队伍施工等问题，对工程量小的项目不适用。

3.3 预制钢拱逐步推进法

预制钢拱逐步推进施工法是在松软表土层中逐步小距离的开挖井巷，然后安装预制钢拱以临时支护井巷，待钢筋混凝土浇筑后就成了其中的钢筋，然后重复上述步骤逐步推进施工[4]。该方法具有投资设备少、施工简单、循环时间短，较为适用于工程量小的中小型矿山斜井锁口圈施工。

4 预制钢拱逐步推进施工法工艺

4.1 锁口圈原支护方式

斜井锁口圈原支护采用300 mm厚的钢筋混凝土支护，混凝土强度为C20；钢筋为Ⅱ级，内、外侧钢筋环向Ф14@180，内、外侧钢筋径向Ф14@230，钢筋保护层厚度30～50 mm，搭接长度30 d，弯钩长度12.5 d(d为钢筋直径)。

4.2 锁口圈现支护形式

针对五圩矿现场地质情况，为了有利于施工，对原支护方式稍做调整，斜井锁口圈支护仍然为钢筋混凝土支护，只是将内外侧环向钢筋变为由工字钢或槽钢制作成的预制钢拱，间距约0.5 m，其他与原设计基本保持不变[5]。

4.3 钢拱逐步推进施工法

(1) 钢拱拱架制作。事先用槽钢(8#、10#)或工字钢(9#、11#、12#)按设计要求在车间加工制作好钢拱拱架。井口锁口圈长15 m左右，大约共需30架预制钢拱。

(2) 斜井锁口圈开挖。为防土石垮塌，在掘进时采用人工开挖方式掘进，同时每次只开挖0.5 m左右，开挖完后立即将预制钢拱架放到掘进好的井筒内进行安装，以起到一定程度的支护作用，然后再向前挖掘下一段。

(3) 预制钢拱安装。安装第一付钢拱拱架时，将预制拱架放至开挖好的斜井井筒内，斜井的两侧底板处可放一些小木板或碎石，做钢拱支架的基础。同时确保安放的拱架中心线与斜井的中心线一致，在拱架腿与巷道壁之间的空隙处用木板塞紧，塞木板时可在拱架腿之间放一根固定长度的木头以阻止钢拱变形过大，确保钢筋保护层厚度为30～50 mm。这样通过作用力与反作用力将支架固定在开挖后的井筒内。第一付支架安装完成后，再向前开挖0.5 m左右，然后安装第二付拱架，并将相邻支架用φ18钢筋连接扣稳，重复以上步骤，直到安装完4付支架后，进行混凝土浇筑。

(4) 锁口圈钢筋混凝土浇筑。浇筑前，在径向上用Ф14钢筋绑扎在预制钢拱上，然后装上模板(刷有脱模剂)，最后浇灌混凝土。浇灌混凝土前先用木板在要浇灌混凝土的巷道的下方拦好，以免混凝土往下流出。浇灌时，先从两边墙基逐步往拱顶浇灌，一边浇灌一边人工捣震，从而使混凝土密实。最后进行脱模，并进行养护等后期处理。该阶段完成后，重复锁口圈开挖—预制钢拱安装—钢筋混凝土浇筑—脱模后期处理等工序，逐步推进锁口圈的向前施工，直至将整个锁口圈施工完毕。

预制钢拱在安装时既能起到开挖后临时支护的作用，待预制钢拱浇筑完混凝土以后又可做作为混凝土中钢筋使用，比原设计的钢筋支护效果更优。预制钢拱逐步推进施工法工艺流程如图2所示。