1、前言
礦山地下的大型
破碎機(jī)硐室具有硐室斷面大、長(zhǎng)度小、進(jìn)出口通道狹窄、埋深大，不宜采用大型設(shè)備施工，硐室周圍井巷工程較多，一個(gè)硐室常與其它硐室或井巷相連，圍巖的受力情況比較復(fù)雜，難以準(zhǔn)確分析；硐室服務(wù)年限長(zhǎng)，工程質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，其施工難度大，成為井建工程中關(guān)鍵部分。針對(duì)每個(gè)具體工程如何選擇科學(xué)合理的施工方法意義十分重大。本文以豐山銅礦第二溜破系統(tǒng)破碎機(jī)硐室施工方法為例進(jìn)行總結(jié)和探討。
2、工程地質(zhì)情況
豐山銅礦是大冶有色金屬公司的主要生產(chǎn)礦山，礦床含銅、金、銀、鉬等多種金屬，可選性好，地理?xiàng)l件優(yōu)越。井下礦石生產(chǎn)規(guī)模為2 200 工/d。
豐山銅礦是高中溫?zé)嵋航淮◣r一斑巖復(fù)合型銅礦床，礦體賦存在巖漿巖與其圍巖的接觸帶附近。圍巖主要為大理巖、白云石大理巖、蝕變大理巖（蛇紋石化），其中穿插花崗閃長(zhǎng)斑巖。受熱接觸變質(zhì)作用，巖漿侵入圍巖中，其熱力使碳酸鹽巖發(fā)生重結(jié)晶變質(zhì)為大理巖一白云石大理巖，巖石穩(wěn)固性較差。巖石巖溶作用中等，裂隙較發(fā)育，裂隙密度為2—12條/m，巖石普氏系數(shù)產(chǎn)6—8，RQD值70%—90%，單軸抗壓強(qiáng)度8c=85—105MPa。巖體被多組不同方向節(jié)理所切割．易產(chǎn)生冒頂或片幫；圍巖蝕變強(qiáng)烈，綠泥石化、蛇紋石化、高嶺石化十分普遍，強(qiáng)蝕變巖石遇水即軟化、泥化，易自然垮落。
硐室工程及所處地質(zhì)情況如下。
(1)破碎機(jī)硐室設(shè)在-351m水平，距井口地面431m，硐室掘進(jìn)長(zhǎng)度27.2m，寬9.8m，(拱頂部分寬11.4m)高13.5m，開挖量2 861m3，雙層鋼筋混凝土支護(hù)。平面上操作硐室、變電硐室、除塵硐室、大件道與之相連；空間上硐室上部通過原礦倉(cāng)與一320m中段礦石轉(zhuǎn)載站相聯(lián)通，硐室下部通過成品礦倉(cāng)與-392m礦石輸送皮帶道計(jì)量硐室相聯(lián)，通過大件道與副井相連通。
(2)該處圍巖主要為大理巖、白云石大理巖、蝕變大理巖（蛇紋石化），其中蝕變大理巖顏色為黑灰色，塊狀，巖石穩(wěn)固性較差。巖石巖溶作用中等，裂隙較發(fā)育，巖石普氏系數(shù)f=6~8，巖體被多組不同方向的節(jié)理所切割，易產(chǎn)生冒頂或片幫。
(3)施工區(qū)域內(nèi)涌水量小。
3、施工方案的確定
(1)硐室圍巖的穩(wěn)固性較差，裂隙發(fā)育，巖體被多組不同方向的節(jié)理所切割，易產(chǎn)生冒頂或片幫。圍巖不允許大面積暴露，且暴露時(shí)間不能過長(zhǎng)，不能采用全斷面開挖。
(2)硐室斷面大，長(zhǎng)度小，進(jìn)出口通道狹窄，圍巖穩(wěn)固性較差，巖石的整體性不好，不能用留礦法施工。
(3)選擇靈活性大，適用性強(qiáng)的導(dǎo)硐法。導(dǎo)硐法施工不需要特殊設(shè)備和機(jī)具，并能根據(jù)不同地質(zhì)條件、硐室斷面和支護(hù)形式變換開挖方法。因硐室高13.5m，采用上下導(dǎo)硐，天井溜碴，圍巖不允許大面積暴露，且暴露時(shí)間不能過長(zhǎng)保證安全作業(yè)采用先拱后墻，白上而下分層分部開挖、支護(hù)。
4施工方案及分析
4.1施工方案
(1)沿硐室兩邊墻和端墻掘2.2m(寬)x2.6m（高）環(huán)形連通的下導(dǎo)硐，拱部中央掘一條3m（寬）×2.6m（高）上導(dǎo)硐，上下導(dǎo)硐用6條1.8mxl.8m天井聯(lián)通溜碴。通過下導(dǎo)硐在原礦倉(cāng)位置掘2mx2m的先行小井通-320m中段車場(chǎng)，上導(dǎo)硐與原礦倉(cāng)先行天井貫通。形成了由上下導(dǎo)硐、6條天井（聯(lián)通上下導(dǎo)硐）、原礦倉(cāng)先行小井構(gòu)成的通風(fēng)、下料、行人系統(tǒng)。
(2)整個(gè)硐室分三層四次開挖三層澆筑，硐室斷面大，巖石不穩(wěn)固，每層開挖一層澆筑一層，每層采用短掘短砌，都以兩頭向中間夾進(jìn)的方式，一頭掘一頭砌。
(3)為防止拱頂和第二層澆筑混凝土下沉開裂，每次澆灌混凝土前在澆灌的底部圍巖先打錨桿，為保證分次澆筑混凝土的整體性，上下立接茬模板。
(4)兩頭的端墻每層開挖后先采用錨噴臨時(shí)支護(hù)，最后從下至上整體一次性澆筑。
4.2施工方案分析
(1)采用上下導(dǎo)硐，6個(gè)聯(lián)絡(luò)天井?dāng)?shù)量多，分布位置好，扒碴距離短，環(huán)形下導(dǎo)硐可以多點(diǎn)出碴，十分方便且節(jié)約時(shí)間。
(2)6令聯(lián)絡(luò)天井和一個(gè)與連通-320m中段車場(chǎng)原礦倉(cāng)的先行小井形成一個(gè)有效的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，使炮煙逸散速度快。在原礦倉(cāng)先行小井中安裝溜灰管下放混凝土料，除拱頂需人工甩鍬外，第一分層以下均用小板車接混凝土送到澆筑工作面，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也加快了施工進(jìn)度。
(3)硐室一頭掘一頭砌，保證施工進(jìn)度，也為混凝土的養(yǎng)護(hù)提供時(shí)間。
(4)采用分層施工和留底部中心巖柱，使分層和中心巖柱作為立模的支撐和基礎(chǔ)，可以節(jié)約大量材料，立模變得簡(jiǎn)單；每層施工作業(yè)高度不大，拱頂砌好后，才開始下分層施工，沒有冒頂、塌方的危險(xiǎn)，安全系數(shù)大。
5、工程施工
5.1通風(fēng)
在原礦倉(cāng)先行小井與-320m運(yùn)輸中段貫通前，工作面只與進(jìn)風(fēng)的副井相通，為獨(dú)頭施工，炮煙排I+困難。為改善作業(yè)條件通風(fēng)天井應(yīng)盡早開工。
(1)先施工一側(cè)下導(dǎo)硐到原礦倉(cāng)附近，打原礦倉(cāng)的先行小井通-320m運(yùn)輸中段，首先形成整個(gè)硐室工程的通風(fēng)網(wǎng)路。
(2)然后在原礦倉(cāng)先行小井-320m中段安裝局扇，加強(qiáng)通風(fēng)，形成從副井進(jìn)風(fēng)主井出風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)，完成剩下的下環(huán)形導(dǎo)硐、6條聯(lián)通天井、上導(dǎo)硐。
(3)上下導(dǎo)硐、6條聯(lián)通天井完工后，這樣便形成了主體工程由上下導(dǎo)硐、6條聯(lián)通天井、原礦倉(cāng)先行小井構(gòu)成良好的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
5.2行人及下料
(1)硐室施工采用一頭掘進(jìn)一頭澆筑混凝土，掘進(jìn)工作面一頭的聯(lián)通天井設(shè)禁止行人告示牌，澆筑混凝土一頭的聯(lián)通天井要將浮渣清理干凈，架設(shè)人行梯和防護(hù)措施后人員才能上下。
(2)小件材料可從人行的聯(lián)通天進(jìn)上下，大件材料如拱架、腳手架等從原礦倉(cāng)的先行小井下放。在-320m運(yùn)輸中段從原礦倉(cāng)的先行小井接一趟溜灰管至硐室內(nèi)工作平臺(tái)，混凝土從-320m中段通過溜灰管下放至工作平臺(tái)的小板車內(nèi)，運(yùn)至澆筑工作面。
5.3施工順序
因硐室處的圍巖穩(wěn)固性較差，裂隙較發(fā)育，巖石普氏系數(shù)f=6~8，巖體被多組不同方向的節(jié)理所切割，易產(chǎn)生冒頂或片幫，硐室采用短掘短砌。具體上下導(dǎo)硐、天井溜碴、分層開挖見示意圖1。
(1)上下導(dǎo)硐、6條聯(lián)通天井、原礦倉(cāng)先行小井掘進(jìn)后進(jìn)行噴射混凝土60mm厚臨時(shí)支護(hù)。
(2)硐室分三層四次開挖三層澆灌，開挖成梯形臺(tái)階形狀，第一層以上導(dǎo)硐為切割槽，進(jìn)行拱部開挖，開挖至拱基下0.5m，第二層開挖至4.6m，第三層開挖時(shí)在硐室中心留5.4mx4.6m的中心巖柱，待硐室澆筑完工拆模后再進(jìn)行中心巖柱（第四次）開挖。
(3)每層開挖先拉聯(lián)通天井上部喇叭形的漏斗口，為獲得平整的輪廓面，拱頂與側(cè)墻均需留600mm光面爆破層，掘進(jìn)工作面超前光面爆破破面一茬炮的距離，然后光面層再與掘進(jìn)工作面同時(shí)向前推進(jìn)。光面層減少裝藥量采用空氣間隔裝藥。
(4)硐室短掘短砌，第一層拱部每3m -個(gè)循環(huán)，第二層每4m -個(gè)循環(huán)、第三層每5m -個(gè)循環(huán)。每層均采用從兩頭向中間夾的方式，一頭掘進(jìn)另一頭立模、澆灌、養(yǎng)護(hù)。支護(hù)用的腳手架、拱架、模板，拆模后直接從一頭搬到另一頭進(jìn)行立模。
(5)為防止拱頂和第二次澆灌混凝土下沉開裂，每次澆灌混凝土前在澆灌的底部圍巖先打三排錨桿，錨桿為螺紋鋼+20mm，長(zhǎng)度L=1.6m，呈梅花形布置，外露350mm預(yù)埋在澆灌混凝土內(nèi)。為保證分次澆灌混凝土的整體性，立三角形的接茬底模，下層澆灌頂部接頭時(shí)也采用接茬頂模，接頭處澆灌時(shí)用振動(dòng)棒振密實(shí)。
(6)兩頭端墻每層開挖后先采用錨噴臨時(shí)支護(hù)，一頭的端墻與操作硐室一起從下至上整體一次性澆筑。另一頭端墻待給礦機(jī)硐室與原礦倉(cāng)掘進(jìn)后與給礦機(jī)硐室與原礦倉(cāng)一起從下至上整體一次性澆筑。
6施工中出現(xiàn)的問題和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)
(1)變配電硐室支護(hù)破壞。變配電硐室為破碎硐室的輔助硐室，位于破碎硐室一側(cè)，兩硐室的保安巖柱厚6m，有通道與破碎硐室相通。變配電硐室長(zhǎng)9m、寬4m、高4.5m，設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。為存放作業(yè)工具，變配電硐室先施工。在破碎硐室第二層開挖后，變配電硐室位于破碎硐室一側(cè)支護(hù)好的邊墻和拱頂，J -現(xiàn)大面積開裂、掉塊。施工方將破壞支護(hù)層敲掉，重新打錨桿掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。當(dāng)破碎硐室第三層開挖后，變配電硐室位于破碎硐室一側(cè)重新支護(hù)的邊墻和拱頂，又出現(xiàn)大面積開裂、掉塊。
分析認(rèn)為由于破碎硐室斷面大，圍巖不穩(wěn)固，每層開挖后，圍巖應(yīng)力重新分布，根據(jù)圍巖的產(chǎn)狀，變配電硐室與兩硐室間6m的保安巖柱剛好應(yīng)力集中區(qū)，導(dǎo)致破壞。只有等破碎硐室施工完，圍巖集中應(yīng)力釋放、圍巖穩(wěn)定后，才能進(jìn)行加固處理。按分析的結(jié)果進(jìn)行處理后取得了好的效果。
吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：大斷面硐室圍巖條件差時(shí)，施工會(huì)引起圍巖應(yīng)力的重新分布，其周邊布置的輔助硐室為避免受其影響，應(yīng)待其完工后再施工。
(2)第一層拱頂澆筑時(shí)有一個(gè)循環(huán)，由于停電未一次性澆筑完成。在第二層施工時(shí)這個(gè)循環(huán)作業(yè)部位出現(xiàn)三條小的裂紋，等第三層邊墻澆筑完工后，裂紋的發(fā)展才停止。
吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：①澆筑一個(gè)循環(huán)應(yīng)一次性澆筑完成，澆筑質(zhì)量才有保證。②當(dāng)大斷面硐室從上往下澆筑時(shí)，每次澆筑的混凝土白重大，澆筑前在澆筑的底部圍巖先打錨桿防止?jié)仓炷料鲁潦峭耆匾模义^桿的規(guī)格與數(shù)量要進(jìn)行計(jì)算。
7、結(jié)語(yǔ)
(1)豐山銅礦第二溜破系統(tǒng)破碎機(jī)硐室施工保證了工程質(zhì)量和工程進(jìn)度，通風(fēng)、安全、勞動(dòng)強(qiáng)度都達(dá)到了較好的效果，取得了好的經(jīng)濟(jì)效益。
(2)上下導(dǎo)硐、天井溜碴、先拱后墻、白上而下分部開挖的施工方法，目前在礦山大斷面硐室（破碎硐室）施工中被廣泛采用，尤其用于中等穩(wěn)定和穩(wěn)定性較差的巖層和圍巖不允許暴露面積過大、時(shí)間過長(zhǎng)的硐室施工。
相關(guān)破碎機(jī)產(chǎn)品：
1、
顎式破碎機(jī)
2、
圓錐破碎機(jī)
