诺普铁矿斜坡道机械化掘进施工工艺的研究探讨

-1-诺普铁矿地下斜坡道机械化掘进施工工艺的应用摘要合理选用常规凿岩设备、履带式挖斗装碴机装岩设备及无轨出碴运输设备等机械实现地下斜坡道快速高效掘进施工；巷道加固使用了光爆锚喷网支护技术，同时对长距离的独头掘进通风问题进行了合理解决。通过施工获取了长距离斜坡道掘进的施工组织经验。关键词斜坡道机械化掘进施工工艺1前言吴集铁矿原为民营企业初步开采，原矿区通过竖井开采作业面已经开采到-250m平面，开采方式较为原始。吴集铁矿被邯邢矿山局收购后，并在距吴集铁矿2km新开发李楼铁矿进行联合开采。为了提高企业经济效益，经过技术论证，决定在吴集铁矿区设计施工一条从地表直通井下联合开采矿区的斜坡道，用于将来下放无轨采矿设备，提高矿山开采的机械化程度。矿业辅助斜坡道工程是吴集铁矿和李楼铁矿（统称诺普矿业）联合建设技术改造的主体工程。诺普矿业斜坡道设计总长4.24km，如何快速、安全地建成斜坡道就成为吴集铁矿和李楼铁矿加快技术改造、提高企业效益的关键工程之一。2工程概况及地质条件诺普矿业辅助斜坡道位于矿体下盘，斜坡道呈折返式从地面洞口标高+46.6m一直降坡降到-425m深度，全长4240m。斜坡道直线坡度14.94~18.184%，半圆拱直墙式断面，掘进断面积21.1㎡。弯道为平坡，掘进断面24.4㎡，曲率半径是25m。诺普矿业辅助斜坡道依据现有施工条件初期可设三个掘进工作面：地表向下掘进，由-100水平、-250水平两个工作面分上、下山反向掘进，其中-100水平、-250水平工作面均可通过各水平层既有措施巷道到达主斜坡道交岔点后，分别展开上、下山掘进施工贯通。最后在沿-250向下掘进的同时，在-250水平设计施工盲竖井至-400开设斜坡道掘进工作面，最后达到整个斜坡道的联接贯通。以下是各作业面的开设及掘进长度：掘进工作面及方向掘进长度（米）施工组织方式施工特点地表向下-100方向640直接由地表掘进土层掘进支护速度慢-100水平上山工作面向地表方向660通过既有水平联巷存在围岩破碎带-100水平下山工作面向-250方向650围岩整体性一般-2--250水平上山工作面向-100方向750通过既有水平联巷围岩整体性好-250水平下山工作面向-400方向850围岩整体性较好-400水平上山工作面向-250方向340通过盲竖井开拓围岩整体性较好-400水平下山工作面向425方向350围岩整体性较好斜坡道所穿过的岩层主要是：斜坡道-100m水平以上地层上部为新生代第四纪冲积形成的耕土、粘性土、中砂、钙层、砾石层等。下部为太古代形成的变质岩，存在强风化斜长角闪片麻岩，局部存在小断层、破碎带，总体呈似层状，局部呈袋状。-250m水平以下岩层较稳定。3斜坡道总体施工方案国内斜坡道掘进一般采用矿山常规施工方法，掘进速度取决于机械化程度的高低。我国矿山建设机械化刚刚起步，施工生产技术水平相对落后。我们针对目前国内现有矿山建设机械配置及地下施工条件，来制定切实可行的施工方案。经过多方考察比较，诺普斜坡道施工采用气退式凿岩机、装碴机械和井下矿用卡车等机械组合方案，喷浆台车和锚杆台车锚喷金属网加固支护，全断面凿岩爆破，利用矿车通过联络巷出碴至竖井提升到地表。主要掘进工程量集中在-100水平、-250水平工作面沿上、下山方向掘进巷道，这两个工作面掘进速度的快慢决定整个斜坡道贯通的工期。4斜坡道的掘进支护根据新奥法隧道地压控制理论，诺普矿业斜坡道在基岩段的掘进采用光面爆破。在依靠围岩本身应力维护巷道的基础上，合理应用锚喷网支护技术，替代常规混凝土衬砌支护，起到了最安全、最经济、效率高的支护效果。4.1光面爆破光面爆破和锚喷网支护虽然是矿山巷道掘支技术的两个不同工艺，但它们之间有着紧密的联系。光面爆破不仅保证巷道洞身轮廓尺寸准确及洞身围岩的稳定，而且增强了锚喷网支护的结构本身，从而确保锚喷网支护的特点得以充分发挥。在以往爆破经验的基础上，经过多循环摸索试探，炮眼深度控制在2.0~2.5m，掏槽眼、崩落眼、控制光爆层的崩落眼和周边眼（顶、帮）的每眼装药数量比例为：4：3：2：1。光爆炸药使用SB型低密度、低威力、低爆速的光面爆破专用炸药，按掏槽眼—辅助孔—周边眼的起爆顺序布置。光面爆破的效果在一定的设计参数条件下取决于光爆孔的凿岩质量和爆破实施。因此，打光爆眼时要求孔间距尽可能相等且平行，确保光爆层厚度均匀；装药时按设计严格控制装药量，杜绝多装药以及装大直径非光爆药卷，坚持炮泥堵孔，尽可能使光爆孔同时起爆。-3-根据诺普矿业斜坡道矿岩地质条件采用了如下爆破参数：4.1.1对于岩石硬度系数f≤10的松软、破碎岩石的光爆参数：光面孔间距600mm，炮眼密集系数0.80，光面层厚度650mm，炸药单位消耗量1.42kg/m3；4.1.2对于岩石硬度系数f≤10的整体稳定性一般的中硬岩石光爆参数：光面孔间距650mm，炮眼密集系数0.86，光面层厚度600mm，炸药单位消耗量1.80kg/m3；4.1.3对于岩石硬度系数f≤10的整体稳定性好的中硬岩石光爆参数：光面孔间距550mm，炮眼密集系数0.86，光面层厚度550mm，炸药单位消耗量2.2kg/m3。4．2锚喷网支护光面爆破实施后，先素喷C20混凝土50mm，然后进行锚杆及钢筋网的施工，最后进行80mm厚的素喷混凝土。4．2．1锚杆及挂钢筋网支护根据围岩破碎状况、位移和压力大小的特点，参照类似矿山理论计算结果及设计要求，确定选择速凝型锚固剂锚杆，杆体用Φ18mm螺纹钢制作，锚杆长度2.5m，锚杆眼呈菱形布置且与巷道周边轮廓垂直。锚杆网度为0.8×0.8m。锚杆安装使用进口的H395-22-8-P型锚杆台车进行，安装效率较之凿岩机钻孔人工安装习惯做法大大提高。利用锚杆固定铺设Φ6mm网度20×20cm的金属网片，铺设部位重点放在巷道半圆拱和起拱线向下1.0m的直墙部分。4．2．2喷射混凝土支护喷射到岩石上的混凝土进入到岩石的裂隙和层理之中，起到凝结和填充裂隙的作用，继而使岩石和喷浆层形成一个整体，共同承担荷载。此外，喷射混凝土可封闭岩面，防止岩层的风化和锚杆间岩体的失稳，保持了围岩的强度和整体性。施工中采用HPH6型喷浆机进行喷浆，施工应确保喷层均匀，对拱顶2~3次重复喷射以保证设计厚度。另外，锚杆支护的效果和支护的及时性有着很大的关系。巷道开挖后，周边岩石要进行应力重新分布平衡，岩层因而会发生变形，如不及时提供支护抗力，位移则会加大，岩石松动后再进行锚喷金属网支护，很难形成使其承受较大荷载的紧密压缩拱。该斜坡道的实践充分证明了这点。5装岩及出碴工艺装岩出碴工序是掘进循环中的一个关键环节，作业占用时间长、工作量大，相对要求机械化程度较高。根据目前国内同行业较为先进的装岩出碴方式，我们决定采用无轨装碴运输设备。诺-4-普斜坡道初步确定2个方案：（1）采用WZL150履带式挖斗装碴机—自卸式卡车出碴方式；（2）WJ-2柴油铲运机---自卸式卡车出碴方式。两个方案区别是装岩方式不同，但挖斗装碴机效率大大高于铲运机，且铲运机对爆破后前方掌子面形成的碴石堆清料的灵活性不如挖斗式装碴机。考虑到本工程长距离独头掘进巷道，最后确定选用国产履带式电动WZL150型履带式挖斗装碴机配合AJK-10型自卸矿用卡车出碴。WZL150型挖斗装碴机实际出渣能力可达50~75m3/h。AJK-10型地下自卸式矿用卡车主要部件----发动机采用德国进口DEUTZ型，具备废气净化及消音处理装置，运行速度4.0KM/h时，工作爬坡能力最大可达25%。对每个水平工作面的上、下山两个方向掘进实施循环流水作业，考虑到随着两个反向掘进面距离的拉长，分别各配置1台挖斗装碴机进行装岩，而两个掘进面可共用2台矿用卡车，完全能够满足出渣的要求。矿用卡车将渣石运到竖井提升位置。经过实测，每循环爆破松方量约在90立方左右，实际出渣时间仅需平均3.0h。影响出渣效率的主要因素主要是国产挖斗装碴机的故障率较高，施工中应加强维修保养及易损零部件的储备。6通风方式通过理论分析和先期实验测算证明，为确保工作面有充分的新鲜风量，选择抽压混合式通风方式比较适合诺普斜坡道地下巷道的掘进。即在主通风井附近安置2台BKJ对旋轴流压入式2×22KW局扇接φ600mm胶布风筒一直延伸距掌子面15米处，分别向上、下山两个方向压入新鲜空气，风量545~310m3。另外在副通风井附近安置1台BKJ抽出式2×15KW局扇接φ600mm三通式刚性骨架胶布风筒分别将各掌子面的爆破污风、凿岩废气排至副通风井，由矿山主通风系统排至硐外。抽出式风筒距离掌子面30米。工作期间，风机必须持续运转。此配置通风方式每个工作面独头掘进最大长度可达1000米。7主要技术经济指标分析每个掘进面成巷速度90~110m/月劳动生产率0.35~0.40m/人••班凿岩81.3m/台班每循环进尺2.0~2.4m出碴160~200m3/台班喷浆3.0m/h锚网6.0m/人••班平均炸药单耗1.9kg/m3-5-成本3057.86元/m144.92元/m3辅助费用分摊指标（不含提升地表）56.28元/m3合计成本指标201.2元/m38结束语诺普铁矿斜坡道在掘进过程中还要进行锚喷网支护,施工条件复杂，每个掌子面月进尺达到110米的掘进速度，完全取决于机械化程度配置较高及严格的生产管理。综合光爆锚喷网支护、通风方式、机械化出碴工艺等施工方案组合，可为同类工程施工提供一定得实际工程经验和技术先例，从中获得良好的经济效益和社会效益。