諾普鐵礦斜坡道機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝的研究探討.doc

諾普鐵礦地下斜坡道機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝的應(yīng)用 摘 要 合理選用常規(guī)鑿巖設(shè)備、履帶式挖斗裝碴機(jī)裝巖設(shè)備及無軌出碴運(yùn)輸設(shè)備等機(jī)械實(shí)現(xiàn)地下斜坡道快速高效掘進(jìn)施工；巷道加固使用了光爆錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)，同時(shí)對(duì)長(zhǎng)距離的獨(dú)頭掘進(jìn)通風(fēng)問題進(jìn)行了合理解決。通過施工獲取了長(zhǎng)距離斜坡道掘進(jìn)的施工組織經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞 斜坡道 機(jī)械化掘進(jìn) 施工工藝1 前 言吳集鐵礦原為民營(yíng)企業(yè)初步開采，原礦區(qū)通過豎井開采作業(yè)面已經(jīng)開采到-250m平面，開采方式較為原始。吳集鐵礦被邯邢礦山局收購后，并在距吳集鐵礦2km新開發(fā)李樓鐵礦進(jìn)行聯(lián)合開采。為了提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過技術(shù)論證，決定在吳集鐵礦區(qū)設(shè)計(jì)施工一條從地表直通井下聯(lián)合開采礦區(qū)的斜坡道，用于將來下放無軌采礦設(shè)備，提高礦山開采的機(jī)械化程度。礦業(yè)輔助斜坡道工程是吳集鐵礦和李樓鐵礦（統(tǒng)稱諾普礦業(yè)）聯(lián)合建設(shè)技術(shù)改造的主體工程。諾普礦業(yè)斜坡道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)4.24km，如何快速、安全地建成斜坡道就成為吳集鐵礦和李樓鐵礦加快技術(shù)改造、提高企業(yè)效益的關(guān)鍵工程之一。2 工程概況及地質(zhì)條件諾普礦業(yè)輔助斜坡道位于礦體下盤，斜坡道呈折返式從地面洞口標(biāo)高+46.6m一直降坡降到-425m深度，全長(zhǎng)4240m。斜坡道直線坡度14.9418.184%，半圓拱直墻式斷面，掘進(jìn)斷面積21.1。彎道為平坡，掘進(jìn)斷面24.4，曲率半徑是25m。諾普礦業(yè)輔助斜坡道依據(jù)現(xiàn)有施工條件初期可設(shè)三個(gè)掘進(jìn)工作面：地表向下掘進(jìn)，由-100水平、-250水平兩個(gè)工作面分上、下山反向掘進(jìn)，其中-100水平、-250水平工作面均可通過各水平層既有措施巷道到達(dá)主斜坡道交岔點(diǎn)后，分別展開上、下山掘進(jìn)施工貫通。最后在沿-250向下掘進(jìn)的同時(shí)，在-250水平設(shè)計(jì)施工盲豎井至-400開設(shè)斜坡道掘進(jìn)工作面，最后達(dá)到整個(gè)斜坡道的聯(lián)接貫通。以下是各作業(yè)面的開設(shè)及掘進(jìn)長(zhǎng)度：掘進(jìn)工作面及方向掘進(jìn)長(zhǎng)度（米）施工組織方式施工特點(diǎn)地表向下-100方向640直接由地表掘進(jìn)土層掘進(jìn)支護(hù)速度慢-100水平上山工作面向地表方向660通過既有水平聯(lián)巷存在圍巖破碎帶-100水平下山工作面向-250方向650圍巖整體性一般-250水平上山工作面向-100方向750通過既有水平聯(lián)巷圍巖整體性好-250水平下山工作面向-400方向850圍巖整體性較好-400水平上山工作面向-250方向340通過盲豎井開拓圍巖整體性較好-400水平下山工作面向425方向350圍巖整體性較好斜坡道所穿過的巖層主要是：斜坡道-100m水平以上地層上部為新生代第四紀(jì)沖積形成的耕土、粘性土、中砂、鈣層、礫石層等。下部為太古代形成的變質(zhì)巖，存在強(qiáng)風(fēng)化斜長(zhǎng)角閃片麻巖，局部存在小斷層、破碎帶，總體呈似層狀，局部呈袋狀。-250m水平以下巖層較穩(wěn)定。3 斜坡道總體施工方案國(guó)內(nèi)斜坡道掘進(jìn)一般采用礦山常規(guī)施工方法，掘進(jìn)速度取決于機(jī)械化程度的高低。我國(guó)礦山建設(shè)機(jī)械化剛剛起步，施工生產(chǎn)技術(shù)水平相對(duì)落后。我們針對(duì)目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有礦山建設(shè)機(jī)械配置及地下施工條件，來制定切實(shí)可行的施工方案。經(jīng)過多方考察比較，諾普斜坡道施工采用氣退式鑿巖機(jī)、裝碴機(jī)械和井下礦用卡車等機(jī)械組合方案，噴漿臺(tái)車和錨桿臺(tái)車錨噴金屬網(wǎng)加固支護(hù)，全斷面鑿巖爆破，利用礦車通過聯(lián)絡(luò)巷出碴至豎井提升到地表。主要掘進(jìn)工程量集中在-100水平、-250水平工作面沿上、下山方向掘進(jìn)巷道，這兩個(gè)工作面掘進(jìn)速度的快慢決定整個(gè)斜坡道貫通的工期。4 斜坡道的掘進(jìn)支護(hù)根據(jù)新奧法隧道地壓控制理論，諾普礦業(yè)斜坡道在基巖段的掘進(jìn)采用光面爆破。在依靠圍巖本身應(yīng)力維護(hù)巷道的基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)，替代常規(guī)混凝土襯砌支護(hù)，起到了最安全、最經(jīng)濟(jì)、效率高的支護(hù)效果。4.1 光面爆破光面爆破和錨噴網(wǎng)支護(hù)雖然是礦山巷道掘支技術(shù)的兩個(gè)不同工藝，但它們之間有著緊密的聯(lián)系。光面爆破不僅保證巷道洞身輪廓尺寸準(zhǔn)確及洞身圍巖的穩(wěn)定，而且增強(qiáng)了錨噴網(wǎng)支護(hù)的結(jié)構(gòu)本身，從而確保錨噴網(wǎng)支護(hù)的特點(diǎn)得以充分發(fā)揮。在以往爆破經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多循環(huán)摸索試探，炮眼深度控制在2.02.5m，掏槽眼、崩落眼、控制光爆層的崩落眼和周邊眼（頂、幫）的每眼裝藥數(shù)量比例為：4：3：2：1。光爆炸藥使用SB型低密度、低威力、低爆速的光面爆破專用炸藥，按掏槽眼輔助孔周邊眼的起爆順序布置。光面爆破的效果在一定的設(shè)計(jì)參數(shù)條件下取決于光爆孔的鑿巖質(zhì)量和爆破實(shí)施。因此，打光爆眼時(shí)要求孔間距盡可能相等且平行，確保光爆層厚度均勻；裝藥時(shí)按設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制裝藥量，杜絕多裝藥以及裝大直徑非光爆藥卷，堅(jiān)持炮泥堵孔，盡可能使光爆孔同時(shí)起爆。根據(jù)諾普礦業(yè)斜坡道礦巖地質(zhì)條件采用了如下爆破參數(shù)：4.1.1 對(duì)于巖石硬度系數(shù)f10的松軟、破碎巖石的光爆參數(shù)：光面孔間距600mm，炮眼密集系數(shù)0.80，光面層厚度650mm，炸藥單位消耗量1.42kg/m3；4.1.2 對(duì)于巖石硬度系數(shù)f10的整體穩(wěn)定性一般的中硬巖石光爆參數(shù)：光面孔間距650mm，炮眼密集系數(shù)0.86，光面層厚度600mm，炸藥單位消耗量1.80kg/m3；4.1.3 對(duì)于巖石硬度系數(shù)f10的整體穩(wěn)定性好的中硬巖石光爆參數(shù)：光面孔間距550mm，炮眼密集系數(shù)0.86，光面層厚度550mm，炸藥單位消耗量2.2kg/m3。42 錨噴網(wǎng)支護(hù)光面爆破實(shí)施后，先素噴C20混凝土50mm，然后進(jìn)行錨桿及鋼筋網(wǎng)的施工，最后進(jìn)行80mm厚的素噴混凝土。421錨桿及掛鋼筋網(wǎng)支護(hù)根據(jù)圍巖破碎狀況、位移和壓力大小的特點(diǎn)，參照類似礦山理論計(jì)算結(jié)果及設(shè)計(jì)要求，確定選擇速凝型錨固劑錨桿，桿體用18mm螺紋鋼制作，錨桿長(zhǎng)度2.5m，錨桿眼呈菱形布置且與巷道周邊輪廓垂直。錨桿網(wǎng)度為0.80.8m。錨桿安裝使用進(jìn)口的H395-22-8-P型錨桿臺(tái)車進(jìn)行，安裝效率較之鑿巖機(jī)鉆孔人工安裝習(xí)慣做法大大提高。利用錨桿固定鋪設(shè)6mm網(wǎng)度2020cm的金屬網(wǎng)片，鋪設(shè)部位重點(diǎn)放在巷道半圓拱和起拱線向下1.0m的直墻部分。 422 噴射混凝土支護(hù)噴射到巖石上的混凝土進(jìn)入到巖石的裂隙和層理之中，起到凝結(jié)和填充裂隙的作用，繼而使巖石和噴漿層形成一個(gè)整體，共同承擔(dān)荷載。此外，噴射混凝土可封閉巖面，防止巖層的風(fēng)化和錨桿間巖體的失穩(wěn)，保持了圍巖的強(qiáng)度和整體性。施工中采用HPH6型噴漿機(jī)進(jìn)行噴漿，施工應(yīng)確保噴層均勻，對(duì)拱頂23次重復(fù)噴射以保證設(shè)計(jì)厚度。另外，錨桿支護(hù)的效果和支護(hù)的及時(shí)性有著很大的關(guān)系。巷道開挖后，周邊巖石要進(jìn)行應(yīng)力重新分布平衡，巖層因而會(huì)發(fā)生變形，如不及時(shí)提供支護(hù)抗力，位移則會(huì)加大，巖石松動(dòng)后再進(jìn)行錨噴金屬網(wǎng)支護(hù)，很難形成使其承受較大荷載的緊密壓縮拱。該斜坡道的實(shí)踐充分證明了這點(diǎn)。5 裝巖及出碴工藝裝巖出碴工序是掘進(jìn)循環(huán)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，作業(yè)占用時(shí)間長(zhǎng)、工作量大，相對(duì)要求機(jī)械化程度較高。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)較為先進(jìn)的裝巖出碴方式，我們決定采用無軌裝碴運(yùn)輸設(shè)備。諾普斜坡道初步確定2個(gè)方案：（1）采用WZL150履帶式挖斗裝碴機(jī)自卸式卡車出碴方式；（2）WJ-2柴油鏟運(yùn)機(jī)-自卸式卡車出碴方式。兩個(gè)方案區(qū)別是裝巖方式不同，但挖斗裝碴機(jī)效率大大高于鏟運(yùn)機(jī)，且鏟運(yùn)機(jī)對(duì)爆破后前方掌子面形成的碴石堆清料的靈活性不如挖斗式裝碴機(jī)。考慮到本工程長(zhǎng)距離獨(dú)頭掘進(jìn)巷道，最后確定選用國(guó)產(chǎn)履帶式電動(dòng)WZL150型履帶式挖斗裝碴機(jī)配合AJK-10型自卸礦用卡車出碴。WZL150型挖斗裝碴機(jī)實(shí)際出渣能力可達(dá)5075m3/h。AJK-10型地下自卸式礦用卡車主要部件-發(fā)動(dòng)機(jī)采用德國(guó)進(jìn)口DEUTZ型，具備廢氣凈化及消音處理裝置，運(yùn)行速度4.0KM/h時(shí)，工作爬坡能力最大可達(dá)25%。對(duì)每個(gè)水平工作面的上、下山兩個(gè)方向掘進(jìn)實(shí)施循環(huán)流水作業(yè)，考慮到隨著兩個(gè)反向掘進(jìn)面距離的拉長(zhǎng)，分別各配置1臺(tái)挖斗裝碴機(jī)進(jìn)行裝巖，而兩個(gè)掘進(jìn)面可共用2臺(tái)礦用卡車，完全能夠滿足出渣的要求。礦用卡車將渣石運(yùn)到豎井提升位置。經(jīng)過實(shí)測(cè)，每循環(huán)爆破松方量約在90立方左右，實(shí)際出渣時(shí)間僅需平均3.0h。影響出渣效率的主要因素主要是國(guó)產(chǎn)挖斗裝碴機(jī)的故障率較高，施工中應(yīng)加強(qiáng)維修保養(yǎng)及易損零部件的儲(chǔ)備。6 通風(fēng)方式通過理論分析和先期實(shí)驗(yàn)測(cè)算證明，為確保工作面有充分的新鮮風(fēng)量，選擇抽壓混合式通風(fēng)方式比較適合諾普斜坡道地下巷道的掘進(jìn)。即在主通風(fēng)井附近安置2臺(tái)BKJ對(duì)旋軸流壓入式222KW局扇接600mm膠布風(fēng)筒一直延伸距掌子面15米處，分別向上、下山兩個(gè)方向壓入新鮮空氣，風(fēng)量545310m3。另外在副通風(fēng)井附近安置1臺(tái)BKJ抽出式215KW局扇接600mm三通式剛性骨架膠布風(fēng)筒分別將各掌子面的爆破污風(fēng)、鑿巖廢氣排至副通風(fēng)井，由礦山主通風(fēng)系統(tǒng)排至硐外。抽出式風(fēng)筒距離掌子面30米。工作期間，風(fēng)機(jī)必須持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。此配置通風(fēng)方式每個(gè)工作面獨(dú)頭掘進(jìn)最大長(zhǎng)度可達(dá)1000米。7 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析每個(gè)掘進(jìn)面成巷速度 90110m/月勞動(dòng)生產(chǎn)率 0.350.40m/人班鑿 巖 81.3m/臺(tái)班每循環(huán)進(jìn)尺 2.02.4m出 碴 160200m3/臺(tái)班噴 漿 3.0m/h錨 網(wǎng) 6.0m/人班平均炸藥單耗 1.9kg/m3成 本 3057.86元/m 144.92