庙沟铁矿井下破碎硐室掘砌技术的探索与实践

2023-12-22要智勇

矿业工程 2023年6期

要智勇

(河北钢铁集团矿业公司，河北秦皇岛 066000)

0 引言

庙沟铁矿隶属于河钢集团矿业公司，矿山目前正处于露天转地下开采工程的基建阶段，主井与副井在-80 m破碎中段未实现贯通，通过0 m设置的粉矿回收井进行联通，主井溜破系统0 m以下中段掘通 0 m粉矿回收井到达。在破碎硐室施工阶段仅有主井一条井进行出渣，主井改绞后为双层罐笼提升，对井下工程掘进施工有一定影响。

1 矿山工程地质

根据目前地形地貌特征、地质构造及风化情况，矿区范围内地质构造不发育，岩石结构以块状为主，矿区方位内分布了较薄的第四系松散岩类，由砂石、砾石夹粘土组成，其厚度范围在0～5m。矿体与围岩岩石致密坚硬，稳定性良好。

2 破碎硐室及附属系统掘砌施工技术方案的制定

2.1 破碎硐室及附属工程的施工顺序

破碎硐室右帮水平导硐(第一阶段)→硐室中部上山导硐，上部矿仓位置0 m至-80 m反井钻机施工(第二阶段)→内部溜井(第三阶段)→自上而下分层掘进、支护(第四阶段)，见图1。

图1 破碎硐室施工顺序示意图

2.2 破碎硐室施工技术方案

1)大件道掘进到破碎硐室后，面向破碎硐室，沿破碎硐室右侧掘进水平导硐，导硐尺寸3 m×3 m，掘至破碎硐室设计尾端。因导硐暴露时间较长，为了确保井下施工安全，在施工过程中分局揭露情况，实时判断围岩支护形式，如有必要对导硐进行临时支护。

2)水平导硐施工完毕后，在掘进工作面左侧紧贴水平导硐掘进上山导硐，导硐尺寸高×宽=4.6 m×3.3 m，上山导硐坡度29°，坡面斜长27.87 m，上山导硐掘至破碎硐室顶面。因导硐暴露时间较长，施工过程中及时对上山导硐进行喷浆支护措施。

3)水平及上山导硐施工完毕后，在上山导硐往里2/3位置紧贴水平导硐开凿直径2.5 m溜井，将两个导硐贯通，不用增加措施工程情况下在破碎硐室内部形成多工作面平行作业模式。

4)溜井形成后，分两个班组分别向大件道方向、上部矿仓防线掘进硐室拱部，上分层掘进高度为5 m，一边掘进一边挂网、打锚杆、喷浆支护，上层布设长绳扒渣机向上山导硐扒渣，下层利用铲车向U型矿车装岩由主井提升，形成平行作业条件。

5)破碎硐室拱部掘进与挂网打锚杆、喷浆支护达到设计要求并完成验收，开始掘进第二分层，第二分层掘进高度为5 m，与上分层施工相同，掘进过程中边找帮边挂网打锚杆喷浆支护。

6)第二分层掘进支护施工结束后，报监理工程师检查喷浆支护情况，对不符合要求的地点进行整改。各地点整改完毕经监理工程师检查均符合设计及图纸要求后，开始施工第三分层，第三分层一次掘至硐室底板，施工方法同上分层。

3 破碎硐室掘砌施工技术方案的实践与优化

3.1 破碎硐室水平导硐施工

-80 m中段大件道完成掘进成巷以后，进入破碎硐室掘进施工的第一阶段，在破碎硐室的右侧先施工水平导硐至破碎机地坑位置，导硐尺寸3 m×3 m，导硐施工长度13.2 m，水平导硐位置末端位于安全回风井通道中线位置。因主井-80 m中段大件道设计只有16.8 m长，主井提升系统为双层罐笼提升，U型矿车装车及存渣空间受限。在水平导硐完成施工后，将破碎硐室水平导硐进行全断面扩刷，扩刷高度为3 m，宽度至破碎硐室设计宽度10.3 m，为后期上山导硐及安全回风井通道、粉矿回收井通道平行施工作业创造存渣和出渣装车的空间。

3.2 破碎硐室上山导硐与主溜井反井钻机施工

破碎硐室水平导硐完成施工后进入到破碎硐室掘砌的第二阶段，上向导硐施工及上部矿仓位置主溜井0至-80 m段反井钻机施工。0 m至-80 m主溜井反井钻机施工采用先导孔后反向扩刷的施工方案，在0 m中段安装反井钻机，完成1.4 m直径扩孔施工。施工顺序为上山导硐与反井钻机导孔施工同步进行，因反井钻机导硐进尺为每天8 m至10 m，导孔至上部矿仓底部全长为68 m，所以反井钻机导孔施工可在上山导硐掘进爆破施工一周以后开始导孔。上山导硐施工至上部矿仓位置与反井钻机导孔实现贯通。反井钻机1.4 m扩刷钻头通过上山导硐运送至反井钻机底部进行安装返扩刷成孔。返井钻机返扩刷完成后就与破碎硐室顶部掘进施工形成了贯通，解决了破碎硐室顶部爆破施工通风难题，缩短了施工作业掘爆通风时长，确保了硐室施工的安全高效。

3.3 破碎硐室内部溜井施工

内部溜井施工在破碎硐室掘砌技术的探索中的创新点：第一方面是解决破碎硐室自上而下的分层爆破过程中行人问题。在硐室顶部掘进爆破后渣石填满上山导硐，施工作业人员可通过内部溜井进入到破碎硐室顶部作业面，实现出渣与穿孔爆破平行作业。

第二方面创新点增加内部溜井，解决了上山导硐被渣石填满后，原有工作面通风系统被阻断，风水管路、照明线路等辅助措施将无法固定安装至破碎硐室顶部掘进爆破作业面。如果不增加内部溜井仅有一条上山导硐，每次作业循环都要在上山导硐出渣后重新布置穿孔爆破作业的辅助防水管线等措施，单班作业时间将增加4～5小时，大幅降低作业效率。作业人员在上山导硐中踩渣频繁往返工作面，给施工带来不确定危险因素，存在活石砸伤或者摔伤的安全隐患。通过增加一条内部溜井将上述困难进行解决。

第三方面是在于考虑到破碎硐室分层扩刷爆破施工到后期，内部溜井周围5～6 m范围内可留到最后进行爆破施工，渣石可通过溜井溜渣，降低扒渣作业强度，加快出渣效率。

3.4 破碎硐室自上而下分层掘进及顶部锚网喷支护施工

3.4.1 破碎硐室第一分层掘进施工

破碎硐室顶部自上而下分层爆破施工，先在第一分层向内部溜井位置掘进爆破，实现破碎硐室顶部工作面与内部溜井贯通。在实现内部溜井贯通施工后，风水管路、作业面照明线路等辅助施工措施通过溜井布置完成后，第一分层从上部矿仓位置开始向大件道方向爆破施工，依次完成指状闸门硐室、破碎硐室、上部矿仓及0～-80 m主溜井爆破掘进。

指状闸门硐室顶部比破碎硐室顶部高6.03 m，分层爆破按照指定的爆破施工方案进行穿孔装药，硐室顶部及时布置测量控制点，测量技术人员在上山导硐中标定破碎硐室与指状闸门硐室的边界位置，并在上部矿仓位置布置控制点，与爆破施工人员做好技术交底工作，避免欠挖、超挖等质量问题。坚持在掘进爆破掘进施工中每爆破一次验收一次，确保掘进断面合格。

破碎硐室顶部施工与指状闸门硐室施工工艺相同，破碎硐室顶部设计有锚网喷支护，在掘进施工过程中爆破、通风、扒渣后立即装入锚网喷支护作业，确保硐室顶部围岩稳固，降低有限空间作业安全风险。

破碎硐室顶部施工工作面通风在内部溜井安装局部通风机向工作面输送新鲜风流，污风通过主溜井方井钻机1.4 m直径导孔回风至0 m中段，工作面通风循环效果良好，每次爆破后能够在1～2小时内排除工作面炮烟，为下道工序施工创造良好作业环境，并提高了作业循环效率，加快了工程建设进度。破碎硐室施工阶段通风示意图见图2。

图2 破碎硐室顶部掘进通风示意图

3.4.2 破碎硐室第一分层锚网喷支护施工与辅助系统掘进平行作业

破碎硐室顶部第一分层锚网支护作业穿插在掘进爆破施工过程中，每次完成掘进爆破、工作面通风结束，立即进行扒渣平渣作业，随后喷浆施工人员进入到破碎硐室顶部，在监理、施工、业主完成验收后，立即开始初喷封闭。因碎硐室顶部锚网施工要登渣作业，在锚杆施工及喷浆作业期间，破碎硐室不能出渣。破碎硐室凿岩工会有窝工现象。

在破碎硐室顶部进行锚网喷支护作业时，安排破碎硐室凿岩工进行粉矿回收井人行通道、破碎硐室变电所的掘进施工，从而实现优化人员配置，避免作业人员窝工造成施工成本增加，同时实现破碎硐室辅助系统不单独占用工期的目标。

3.4.3 破碎硐室第二、三分层与主溜井、上部矿仓掘进平行作业

破碎硐室第二、三分层掘进施工与主溜井及上部矿仓的扩刷平行作业。在进行破碎硐室顶部掘进、锚网喷施工作业过程中，因掘进、支护作业工序转换频繁，锚网喷作业受空间制约，材料运送至工作面难度大，造成锚网喷作业速度较慢，对破碎硐室施工进度有所影响。根据破碎硐室地质条件情况，决定对破碎硐室第二层、第三层集中掘进爆破，渣石下落至-80 m标高，然后采用搭设脚手架方式集中对破碎硐室三面立墙进行锚网喷支护作业。

主溜井及上部矿仓施工作业采用自上而下掘爆扩刷方式(正掘)，在0 m中段主溜井口安装提升设备辅助人员上下主溜井，辅助完成掘进穿孔及辅助风水管下放至工作面。作业人员在已完成的1.4 m直径导孔四周穿孔扩刷至主溜井设计直径，爆破后渣石随1.4 m直径导孔下落至-80 m破碎硐室上山导硐中，通过-80 m中段U型矿车经主井提升至地表。

破碎硐室在撒矿溜槽施工完成后，破碎硐室基本完成掘进爆破施工，转入破碎硐室集中锚网喷施工阶段，在进行锚网喷施工阶段，下部矿仓开始从-110 m水平向-80 m水平施工1.5 m直径垂直导硐，与破碎硐室锚网支护平行施工作业。