硐室及交岔点施工[授课用]

硐室与交岔点施工内容提要与有一般巷道工程相比，硐室及交岔点施工具有显著特点。本节课着重介绍井底车场的主要硐室及其结构，在此基础上讲述了硐室施工的特点、方法，以及一些井下主要硐室的施工技术；然后简要介绍了交岔点、道岔的基本概念及主要的施工方法，重点应是硐室的施工技术。第一井底车场的结构形式井底车场是指连接矿井主要提升井筒和井下主要运输、通风巷道的若干巷道和硐室的总称。它是矿井提升运输煤炭、矸石、下放材料和设备、供电、供风、通风、排水以及人员升降等全矿生产各系统的枢纽站。一、井底车场的结构图2－1我国0.6～1.2Mt/a矿井常用的环行刀式立井井底车场；图2－2是我国年产3.0Mt鲍店矿井主要运输巷道采用胶带输送机的立井井底车场。0.6～1.2Mt/a矿井环行刀式立井井底车场立体示意图胶带输送机上仓立井井底车场立体示意图井底车场由主要运输线路、辅助线路、硐室等部分组成。（一）主要运输线路（巷道）包括存车线巷道和行车线巷道两种。存车线巷道是指存放空、重车辆的巷道。如主、副井的空、重车线，材料车线等。行车线巷道是指调动空、重车辆运行的巷道。如连接主、副井空、重车线的绕道，调车线，马头门线路等。大型矿井的主井空重车线长度各为1.5~2.0列车长；中小型矿井的主井空重线长度各为1.0~1.5列车长。副井空重车线长度大型矿井各按1.0~1.5列车长，中小型矿井按0.5~1.0列车长。材料车线长度，大型矿井应能容纳10个以上材料车，一般为15～20个材料车；中小型矿井应能容纳5～10个材料车。调车线长度通常为1.0列车和电机车长度之和。（二）辅助线路（巷道）主要是指通往各种硐室的巷道。如通往中央水泵房、水仓的通道，主井撒煤清理斜巷（或平巷）及通道，管子道，通往电机车修理库的支巷等。（三）硐室按它们在井底车场中所处的位置和用途不同可分为主井系统硐室、副井系统硐室以及其它硐室。二、井底车场主要硐室1．副井系统硐室⑴马头门硐室——付井井筒与井底车场连接处⑵中央水泵房和中央变电所——付井井底一侧，通过管子道与付井相连。⑶水仓——入口在车场巷道标高最低点，末端与水泵房的吸水井相连⑷管子道⑸等候室和工具室《煤炭工业矿井设计规范》第5.3.2条用罐笼提升的立井井筒与井底车场连接处两侧巷道，均应设双边人行道。各边宽度不应小于900mm，连接处巷道的高度和长度，应满足设备布置和通过最长材料及罐笼同时进出车层数的要求，其净高不应小于4.5m，长度不应小于5m。用箕斗提升的立井井筒与井底车场连接处应根据生产及施工需要布置。第5.3.3条井下主变电所与主排水泵房应联合布置，与井底车场巷道连接的通道中应设栅栏门和易于关闭的密闭门，主变电所与主排水泵房之间应设置防火门。管子道与井筒连接处应高出主排水泵房地面7m以上，管子道净断面应保证安设排水管后能通过水泵和电动机。管子道应设人行台阶和铺设轨道。图2－13卧式水泵吸入式中央水泵房与水仓布置1－副井；2－主体硐室；3－水仓；4－管子道；7－配水井；8－吸水井；9－配水巷；11－溢水管2．主井系统的硐室⑴翻笼（卸载）硐室——主井空、重车线连接处⑵井底煤仓——上接翻笼硐室，下连箕斗装载硐室⑶箕斗装载硐室——下接主井井筒⑷主井清理撒煤硐室——箕斗装载硐室以下，通过斜巷与井底车场相连⑸主井井底水窝泵房——主井清理撒煤硐室以下确定井筒位置时，要注意将箕斗装载硐室布置在坚硬稳定的岩层中，翻车机硐室布置在主井重车线末端，其它硐室的位置则由线路布置所决定。清理井底洒煤斜巷的出口要布置在主井的重车线侧。3．其他硐室有调度室、医疗室、架线电机车库及修理间、蓄电池电机车库及充电硐室、防火门硐室、防水门硐室、井下火药库、消防材料库、人车站等。各硐室位置应根据线路布置和各自要求确定。例如：充电硐室要有单独的回风道与总回风道相通；防火门硐室必须设置在进风井筒和各水平的井底车场连接处，并且在打开时不妨碍提升、运输和人员的通行。由于井下火药库位置和通风系统有关，井下火药库应选择在干燥、通风良好、运输方便和容易布置回风道的地点，距井筒、井底车场的重要巷道及硐室应有必要的安全距离。一．硐室施工特点硐室施工大多具有大、高、难的特点。（1）大，即硐室规格尺寸大，断面积有几十甚至上百平方米；（2）高，即工程质量要求高，硐室服务年限长，结构复杂，有的为了安装机电设备，需掘筑设备基础、管缆沟槽，安设起重梁等；特别是安装机电设备的，以及爆破材料库、消防材料库等硐室还要求具有防潮、抗渗的能力；第二节硐室施工OneofthecavernsfortheUndergroundAmmunitionFacilityinSingapore（3）难，即施工难度大，有些硐室如马头门、箕斗装载桐室等直接与井筒相连，有些硐室如井底煤仓、中央变电所和中央水泵房等大多位于井筒附近，井巷密集，围岩受力状况比较复杂，在施工过程中要经受多次爆破震动，围岩易松动，稳定性降低，增大了施工的难度。（4）与井底车场的施工组织密切相关；二.硐室施工1.硐室施工方法⑴全断面施工法（高度小于4~5m）——整体性好、稳定⑵台阶分层施工法①正台阶法：每层高度小于3m，超前2~3m（错距大，出矸困难；错距小，钻眼困难）某矿－635米东部水泵房硐室，围岩为比较稳定的页岩、砂质页岩，硐室断面为三心拱形，掘进断面27.1米2，掘进宽度为5.6米，掘进高度为4.5米。该水泵房领空采用正台阶工作面施工法，上分层工作面高2.6米，超前2.0米左右，下分层工作面呈45⁰斜坡，以便将上分层的研石溜放到下分层集中用装岩机装岩。每掘进两班之后，用一班的时间打锚杆并先喷5毫米厚的水泥砂浆以临时封闭围岩。待掘进25～30米后，再按设计规定厚度喷射混凝土永久支护。②倒台阶法：架设临时支架，不应采用某矿－580米中央水泵房硕室就是采用这个方法施工的。该硐室的围岩是坚固稳定的花岗片麻岩，掘进断面16.25米2，三心拱形，掘进宽度在拱邦为7.5米，立墙部分为7.1米，掘进高度为6.1米。下分层工作面高度为3.5米，超前3~5米，边掘边锚；上分层工作顶利用挑顶的矸石堆作脚手架打锚杆。项板岩石稳定时，掘锚15m即进行喷射混凝土，并浇筑混凝土侧墙；顶板岩石不大稳定时，可边掘进边锚边挂金属网，最后喷射混凝土。⑶导硐施工法①中央导硐法这是在松软破碎岩层，特大断面硐室中采用的一种安全有效的施工方法。②两侧导硐施工法两侧导硐施工法是从硐室的底板开始，在两侧墙部开掘两条小导硐超前掘进，逐步向上扩大。小导硐断面不宜过大，一般宽1.5～1.8米，以利控制顶板，高2.0米左右。掘一层导硐、随即砌墙，再掘上一分层小导硐，矸石则存在下层导硐里代替脚手架，再将墙接砌上去，最后将拱部整个掘砌好后，便可除去中间岩柱。这种施工方法比较安全，但施工步骤多、速度低，当硐室穿过的岩层很不稳定，特别是穿过断层破碎带时适于采用。硐室施工方法的选择，主要取决于硐室的断面大小和围岩的稳定性。而围岩的稳定性不仅与硐室围岩的工程地质和水文地质条件等自然因素有关，而且与硐室的断面形状、施工方法以及支护型式等人为因素有关。近十多年来，硐室施工技术的发展主要表现在以下几个方面：（1）在硐室工程中成功地应用了光爆锚喷技术。光爆锚喷技术可以综合有效地提高围岩的稳定性和施工作业的安全性，大大地减少硐室施工的难度。（2）由于锚喷技术在硐室工程中的应用，促进了硐室施工方法的简化。用自上向下分层逐步取代了自下向上分层，全断面施工逐步取代了导硐法施工。下行分层和全断面施工硐室步骤简单、效率高、进度快、安全和质量容易保证，使硐室工程的施工工期大为缩短。（3）硐室支护多采用锚、喷、网、砌复合支护形式和“二次支护”技术，即先进行一次支护，再进行二次支护。一次支护选用具有一定可缩性的锚喷或锚喷网支护型式，其本身是永久支护的组成部分；二次支护现多选用刚性较大的混凝土或钢筋混凝土整体浇筑，也可用锚喷支护。工程实践证明，这种复合支护型式和二次支护技术是解决在地质条件复杂、稳定性差的围岩中进行支护的行之有效的成功方法。（4）采用了先进的设备和工艺，提高了硐室施工的机械化水平。如使用反井钻机钻扩井下圆筒式煤仓、立井砌壁中用液压滑升模板过马头门和箕斗装载硐室等，加快了工程进度，提高了工程质量。施工技术的进步，改善了硐室工程施工的面貌，我国煤矿井下的不少硐室施工都取得了速度快、效率高、质量好、成本低的技术经济效果，为我国硐室工程积累了宝贵的经验。2．马头门硐室施工马头门是煤矿井底车场与立井井筒直接连接的一段主要巷道，由于断面较大，施工方法与大断面硐室大同小异。由于它与立井井筒直接相连，因此，马头门的施工，必须与井筒施工统筹考虑，合理安排。根据马头门与井筒之间的施工顺序的先后，我国现有的马头门施工方法可分为两大类，即与井筒同时施工法和与井筒顺序施工法。2.1马头门与井筒同时施工当井筒掘进到马头门上方4～6m处时，暂停掘进，并将上段井壁砌好，随后再向下掘进，当掘到马头门硐口处时，随井筒的下掘将马头门同时掘进出来，然后再将马头门和这段井壁一次砌好。待马头门与井筒的连接处施工完成后，再掘砌井筒余下的井底部分。该施工法具有如下特点：可以充分利用凿井设备和设施进行打眼放炮、通风排烟、装岩提升、压气供应、排水、拌料下料等工作，使准备辅助工作大大简化。马头门与井筒同时施工，支护的整体性好，工程质量易于保证。该方法的主要不足之处是马头门施工占用了井筒的施工期，致使井筒到底的工期向后推迟了一段时间。某矿副井，净直径8m，马头门位于井筒-430m水平两侧，进车及出车线长度分别为31m和16m，进车侧的掘进高度和宽度分别为11.65而和9.2m，出车侧的掘进高度和宽度分别为11.4m和8.7m，马头门的最大掘进断面为105m2，马头门进、出车两侧16m长度内为锚喷网和双排钢筋混凝土支护结构，进车侧16～31m为锚喷网和素混凝土支护结构。推车机硐室等候室通道变电所通道信号硐室下料绞车硐室先在马头门顶板上方5.0m处筑一个混凝土壁圈，接着向上砌壁直到与上段井壁相接。壁圈以下井筒部分采用锚喷网作一次支护，锚杆直径14mm、长2m、间排距750mm×750mm，金属网用10mm和6mm钢筋，按250mm×250mm网格编织，自上而下挂设，自下向上喷射混凝土，喷厚100mm。待上述工作结束后，再开始马头门施工。第一阶段施工井筒两侧马头门各7.0m，并与井筒同时完成永久支护的钢筋混凝土浇筑；第二阶段，待主井通过井底车场和副井马头门贯通后，再由主井一侧的巷道向马头门进车侧最外端的15m施工；第三阶段施工马头门进、出车侧的其余部分各9m；最后阶段施工马头门范围内的其他所有硐室和设备基础。将马头门全断面划分为I～V个分区，施工时先掘进马头门的拱部，同时用锚喷网控制，尔后向下分层分区（中间留岩柱）依次掘至马头门的底板，掘出的碎石放入井筒中，由抓岩机装入吊桶提出。再由下向上立模、绑扎钢筋、连续浇筑混凝土，并与井筒井壁一并向上砌筑，以保证连接部分支护的整体质量。最后清除掉中间岩柱。马头门的一次支护在每次爆破后立即进行，先喷50mm厚混凝土，接着安设锚杆、挂金属网。锚杆采用倒楔式砂浆锚杆，直径14mm、长2m，最后复喷100mm厚混凝土。为了加强对顶板的维护，由下向上分层连续浇筑，投设计强度为C25，施工时按C35配制，主筋为20mm，配筋为12mm，间距300mm，严格控制混凝土的配合比和水灰比；分层连续浇筑，层厚不超过300mm，并振捣密实。为了加强两次支护层间的密实性，在马头门的拱顶部预埋2根长1.0m的注浆管，以备后期再行注入水泥浆液，填塞壁后层间的裂隙和空洞。该马头门掘进总工程量2684m3，混凝土浇筑工程量连同井壁共1026m3，耗用钢筋43.5t。在矿井竣工验收移交时，该工程被评为优质工程，使用至今已20多年，未出现任何问题。2.2马头门与井筒顺序施工马头门与井筒顺序施工是：先掘砌完整个井筒，再返上来施工马头门。即当井筒掘砌到马头门位置处时，预留下马头门的硐口不砌（硐口预留得稍大一点，以免将来马头门掘进放炮时崩坏井壁），暂时将硐口用喷射混凝土作为临时支护封闭