金属矿山复杂硐室施工方法

＊李文光

（山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿 山东 261400）

1.引言

三山岛金矿西岭矿区位于山东省莱州市境内，是我国机械化程度高、生产规模较大的黄金矿山。西岭矿区位于三山岛矿区以东2km处，矿体赋存标高在-500m～-2600m之间，随着浅部黄金资源的开采结束，井拓工程开始逐级向深部发展[1-2]。其中，西山矿区-600m深度以下井拓工程以盲竖井+斜坡道联合的方式，为保证产量和人员上下的需求，需要在-537m水平建立大断面提升机硐室。深部大断面硐室建设一直是矿山建设的难点，施工工期紧，而且岩性、岩体完整性、高水压等赋存地质条件对其影响很大[3-7]。随着矿山建设技术的发展，大断面硐室施工经验越来越丰富，但由于建设环境的差异性和多变性，往往没有一种统一的方法，还需根据其实际工程条件具体问题针对性解决[8-10]。

三山岛盲竖井建设工程中，为保证提升机硐室能够快速投入使用，缩短建井周期，施工过程中建立了三层联合掘进施工方法，在实际工程中开展了工程应用，获得了良好的效果，为类似大断面硐室施工积累了工程经验。

2.工程及地质概况

三山岛金矿盲竖井位于矿体下盘-600m中段，井筒断面φ5.5m，井口标高-600m，井底标高-1240m，深度640m。采用JKM4×6多绳摩擦提升机，箕斗罐笼互为平衡提升方式，箕斗规格为19m3底卸式箕斗，罐笼规格为3600mm×1270mm双层罐笼，采用玻璃钢刚性罐道。该井设计提升能力为矿石2000t/d，废石400t/d，并预留一定的提升能力，卷扬机硐室位于-537m水平，箕斗卸矿硐室-575m水平，-600m标高设振动放矿机硐室，-1200m标高设装矿系统，-1240m标高设井底粉矿回收。下设-690m、-780m、-870m、-960m、-1050m、-1140m共6个中段，盲混合井一期工程不建设箕斗装矿系统和溜破系统，作为罐笼平衡锤提升系统使用。二期工程建设箕斗装矿系统和溜破系统，作为箕斗罐笼互为平衡提升系统使用。

三山岛金矿盲竖井提升机硐室，位于井下-537m水平。硐室长18.7m，宽14.1m，高15.65m，掘进断面209.19m3，属于特大提升机硐室。盲竖井永久提升机硐室位于矿体下盘的中深部，岩层的厚度较大，钻孔揭露厚度大于1700m，岩性以二长花岗岩、绢英岩化花岗岩、黄铁绢英岩化碎裂岩为主。在主干断裂附近，岩石受构造作用的影响，构造裂隙比较发育，裂隙频率一般低于4条/m，RQD值一般大于75%；在远离主断裂的底板，岩石完整，裂隙不发育，RQD值一般大于90%。岩石的硬度较大，岩石质量为好的和极好的。岩石硬度系数为f=10～12，该区域内发育相互交错的小节理裂隙，造成岩石破碎。水文地质条件简单，有少量裂隙渗透水，局部有滴水现象。

3.三层联合掘进施工方法

(1)深部硐室施工现状

各种硐室的形状、规格和结构差别很大，所穿过的岩石性质也不相同，所以施工方法也较多。目前施工方法可以分为以下三类：全断面一次掘进法，台阶工作面施工法和导硐施工法[11-12]。

全断面一次掘进法常用于围岩比较稳定、断面不是特别大的硐室。它和普通巷道施工法基本相同。在常规设备条件下，全断面一次掘进硐室的高度，以不超过5m为宜，因此此法并不适合特大提升机硐室的施工。

当采用全断面一次掘进围岩维护困难时，或者由于硐室的高度过大而不便于施工时，可将整个硐室按全高分成几个分层，施工时形成台阶状，此即台阶工作面施工法。上分层工作面超前施工的，称为正台阶工作面施工法，亦称下行分层施工法；下分层工作面超前施工的，称为倒台阶工作面施工法，亦称上行分层施工法。台阶工作面施工法一般用在岩层稳定或比较稳定的条件下。由于特大提升机硐室控顶高度大，采用此方法施工不仅组织复杂，而且渣石倒运强度太大，且局部时段控顶高度大，施工存在较大的安全风险。

根据导硐所在位置的不同，导硐施工法有中央下导硐施工法、顶部导硐施工法、两侧导硐施工法之分。对50m2以上的硐室多采用两侧导硐施工。中央下导硐施工法，导硐位于硐室中部靠近底板，导硐断面可按单轨巷道考虑以满足机械装岩要求。当导硐掘到预定位置后，再进行刷帮、挑顶，并完成永久支护工作；在松软、不稳定岩层中，为了保证硐室施工的安全，在两侧墙部的位置沿硐室底板开掘两条小导硐，其断面不宜过大，一般宽度为1.8～2.0m，高度为2.0m，以利控制顶板。掘一层导硐后随即砌墙，再掘上一分层的导硐，硐石放在下层导硐里一部分，代替脚手架，再接砌边墙到拱基线位置。墙部完成后开始挑顶砌拱。拱部完成后再拆除中间所留的岩柱。如果采用两侧导硐施工法，安全确实得到了保证，特别是上部硐室的施工，全靠人工出渣，满足不了机械化装岩的需要，施工进度又难以保证[13-14]。

(2)三层联合掘进施工方法

为了适应三山岛金矿盲竖井提升机硐室的工程建设环境，建立特大提升机硐室的三层联合掘进施工方法，其特征在于把整个硐室在垂高方向上分为上、中、下三层施工，然后进行施工垂直天井之外的中层掘进工作。具体施工步骤为：

第一步：①采用中央导硐法施工下层：施工中央导硐，然后扩刷至设计边界。②施工中层垂直天井：在中层的四个角分别施工一条垂直天井做为上层的溜渣井。③施工上层：先施工垂直拉底巷，并使之与三个角的垂直天井贯通，从其中一条贯通巷开始扩帮、压顶，达到拱顶设计的宽度和高度，并进行永久支护。

第二步：施工垂直天井之外的中层掘进工作。优选地，上层分两次施工拱顶：第一次爆破控顶一定高度，第二次进行光面爆破，掘进完毕后，拱顶进行锚杆与喷射砼联合支护；再进行钢筋砼永久支护。

第三步，首先在本特大提升机硐室入口天井的下部，用上部留下的毛渣，平整一个高度为2～3m的平台；然后沿垂直天井向周围扩刷，把提升硐室一角扩刷至与上层贯通；之后沿提升硐室掘进断面，依次向前落渣推进；出渣；出渣结束后，采用喷砼进行临时支护；最后浇筑拱顶下墙体及牛腿柱。

4.工程实践

三山岛金矿盲竖井提升机硐室围岩以坚硬的二长花岗岩为主，总体上岩石比较稳定，而局部比较破碎，同时硐室断面大，采用普通硐室施工方法施工难度比较大，难以顺利按照工期完成任务。为了确保硐室的安全快速施工，施工过程中采用下层导硐，中层天井，上部直角拉底，先底顶后中层联合掘进施工法。

具体施工方法：如图1和图2，在硐室垂高15.65m的高度上分为三层分施工：

图1 三山岛金矿盲竖井井拓图

图2 特大硐室上部掘进平面图

(1)下层施工

下层4.5m采用中央导硐施工法，先施工3m×3m中央导硐1，然后扩刷至设计边界；中层垂高为6.5m，在硐室的四个角分别施工一条垂直天井2做为上层的溜渣井，垂直天井Φ2.0m。待上层施工完毕后，再进行扩刷。上层垂高为4.65m，先施工垂直拉底巷3，并使之与三个角的垂直天井2贯通，垂直拉底巷3规格为2m×2m，从其中一条贯通巷（图2中互呈直角三角形的两条巷道之一）开始扩帮、压顶，达到拱顶设计的宽度和高度。

(2)中层施工

分两次施工拱顶：第一次爆破控顶高度4m，第二次进行光面爆破，爆破高度0.65m。掘进完毕后，拱顶进行锚杆与喷射砼5cm联合支护。再进行钢筋砼永久支护。硐室钢筋与拱顶、硐壁上的外露50cm锚杆牢固绑扎，锚杆的参数Φ18mm、L=3000mm、@1.5m×1.5m。同时已经浇筑结束的起拱线下钢砼底部采用1.5m间距，用Φ32mm螺纹钢做为锚杆，与预留搭接的钢筋绑扎连接，有效抑制了上层砼浇筑体变形位移。通过一系列举措，上部吊挂，下部垫托，对钢砼墙壁起到了很好的支撑作用，确保了中层扩刷的安全作业。

(3)上层施工

最后施工上层剩余6.5m的掘进工作，在上部提升机浇筑层的保护下进行施工，具体做法为：在-537m提升硐室底部靠近配电硐室、大件道的天井（靠近入口天井）下部，用上部留下的毛渣，平整一个高度为2～3m的平台。沿天井向周围扩刷，把提升机硐室一角扩刷至与上层贯通，这样上部是钢筋砼顶板，在浇筑顶板下作业，有效地防止了控顶过高导致的塌方危险。然后沿提升硐室掘进断面，依次向前落渣推进。掘进分两步进行，第一步：掘进落渣2～4m高，第二步：掘进剩余部分。掘进时测量人员及时检查毛断面尺寸，严格控制超挖现象。达到设计要求后，检查拱顶钢筋砼有无变化，如果没有变化用铲运机配合卡车出渣。出渣结束后，采用喷砼进行临时支护。最后浇筑拱顶下墙体及牛腿柱。

5.结论

（1）特大提升机硐室施工过程中采用了下层导硐、中层天井、上部直角拉底，先底层、再中层、最后顶层的联合掘进施工法。该工法既减少了底部和上部控顶过高造成的冒顶危险，同时中部又在上部提升机顶板浇筑层的保护下进行扩刷，大大提高了掘进的安全系数，同时又提高了施工效率。

图3 特大硐室上部拱顶浇筑后的效果图

图4 特大硐室整体浇筑后的效果图

（2）三层联合掘进施工方法在有效地控制控顶高度的同时，又实现了机械化快速出渣。在中层的四个角施工四条天井，做为上部的溜渣井，与台阶工作面施工法相比较，减少了倒渣量，与导硐施工法相比较，大幅度降低了出渣和平场强度。

（3）采用三层联合掘进施工方法大大提高了施工效率，通过采取关键施工技术措施，盲竖井提升机硐室计划工期9个月，实际只施工7个月就完工，较计划工期提前了2个月。