硐室施工

9.2硐室施工1.硐室的定义、特点和分类在井巷工程中，断面尺寸比一般巷道或井筒大的工程称为硐室。硐室主要特点是断面大，长度相对较短。以其在井巷工程中施工条件不同，可以分为：①巷道连接的硐室，如变电硐室、水泵房、绞车房、输送机机头硐室等；②井筒毗邻硐室，如马头门和装载硐室；③采区煤仓等。2.巷道硐室施工方法（1）全断面施工法工序安排：按硐室的设计掘进断面一次将硐室掘出，如硐室高度和断面较大，可以分次打眼和爆破，然后临时支护→清矸→支护完成一个循环；优缺点：便于施工机械化作业；适用条件：围岩稳定、断面高度不很大（不大于5m）。（2）导硐施工法工序安排：在硐室的某一部位先用小断面的导硐掘进，然后再行开帮、挑顶或挖底，将导硐逐步扩大至硐室的设计断面。可以一次掘至硐室全长，然后再行扩硐；也可以使导硐超前一定距离，再进行扩硐工作。具体施工方法分类：根据导硐在硐室断面内的位置不同，又可分为中央上导硐、中央下导硐、单侧下导硐、双侧下导硐和上下导硐等多种具体的施工方法。导硐施法优缺点及适用条件：导硐施工方法曾广泛用于围岩稳定性差、断面又较大的硐室，对特大断面硐室(如50m2以上)多采用两侧导硐施工法。由于该法是先导硐后扩大逐步地分步施工，所以能有效地缩小围岩的暴露面积和时问，使硐室的顶、帮易于维护，施工安全得以保障。但该法步骤多、效率低、速度慢、工期长，因此，随锚喷支护技术推广应用和顶板控制能力的加强，这一方法使用逐渐减少。①两侧导硐施工法在松软、不稳定岩层中，为保证施工安全，在两侧墙部位置沿硐室底板开掘两个小导硐。其断面不宜过大，一般宽度为1.8~2.0m，高度为2.0m，以利控制顶板，如图9-1a所示。掘一层导硐后随即砌墙，再掘上一分层的导硐，矸石存放在下层导硐里代替脚手架，再接砌边墙到拱基线位置，如图9-1b所示。墙部完成后开始挑顶砌拱，如图9-1c所示。拱部完成后，再爆破拆除中间所留的岩柱。图9-1两侧导硐施工法a-掘两侧导硐；b-掘导硐上分层；c-挑顶砌拱②中央下导硐施工法施工方法：导硐位于硐室中部靠近底板，导硐断面可按单轨巷道考虑，以满足机械装岩为原则。当导硐掘到预定位置后，再进行刷帮、挑顶，并完成永久支护上作。具体施工方法的选择：硐室采用锚喷支护时，宜采用中央下导硐、先挑顶后刷帮的施工顺序，如图9-2a所示。挑顶的矸石可用装载机装出，挑顶后随即安装拱顶锚杆和喷射混凝土，然后刷帮并喷射墙部混凝土。对于砌碹支护，适用于中央下导硐先刷帮后挑顶的施工顺序，如图9-2b所示。在刷帮的同时完成砌墙工作，然后挑顶，完成拱部砌碹。硐室位置选择：为方便施工和保证安全，在开拓设计时，应尽量将硐室布置在稳定岩层中。若硐室位置无法避开不稳定岩层，那就要采取可靠的技术措施，确保硐室施工的安全和质量。图9-2中央下导硐施工法a一先拱后墙施工法；b一先墙后拱施工法（3）分层施工法施工方法：是将硐室沿其高度分为几个分层，采用自上向下或自下向上分层施工，以便于操作的施工作业方法。适用条件：分层施工法一般适用于围岩稳定或中等稳定、断面较大的硐室。优点：采用此方法，由于空间宽度较大，工人作业方便，与导硐施工法相比，具有效率高、速度快、成本低的优点。具体施工方法的选择：a.在逐段分层掘进中，随之进行临时支护，待各个分层全部掘完之后，再由下而上一次连续整体地完成硐室的永久支护的做法；可以采用掘砌完一个分层，再掘砌下一个分层的做法；b.还可以将硐室各分层前后分段同时施工，使硐断面形成台阶式工作面，上分层超前的称为正台阶工作面，下分层超前的称为倒台阶工作面。台阶高度一般为2-3m，台阶超前距离应根据凿岩、装岩及工作组织而定，一般为3-5m。①正台阶工作面(下行分层)施工法按照硐室的高度，整个断面可分为2-3个以上分层，每个分层的高度以1.8~3.0m为宜；也可以按拱基线分为上、下两个分层。上分层的超前距离一般为2-3m，如图9-3所示。图9-3正台阶工作面施工法a-硐室断面上下分层的划分；b-上下分层施工的先后关系施工工序安排及注意事项如果硐室采用砌碹支护，在上分层掘进时应先用锚喷支护进行维护(锚喷支护一般为永久支护的一部分)。砌碹工作可落后于下分层掘进1.-3.0m，下分层也随掘随砌，使墙紧跟掘进工作面。整个拱部的后端与墙成一整体。所以是安全的。采用这种施工方法应注意下列问题:要合理确定上下分层的错距，距离太大，上分层出矸困难;距离太小，上分层钻眼困难，故上下分层工作面的距离以便于气腿式凿岩机正常工作为宜。图9-4所示为抚顺矿区龙凤矿水泵房正台阶工作面施工法示意图。图9-4龙凤矿水泵房正台阶工作面施工法正台阶工作面(下行分层)施工法的优缺点：优点是施工方便，有利于顶板维护，下台阶的爆破效率较高；缺点是使用铲斗装载机时，上台阶要人工扒矸，劳动强度较大，上下台阶工序配合要求严格，不然易产生相互干扰。②倒台阶工作面(上行分层)施工法原理：倒台阶工作面施工法，即下部工作面超前于上部工作面的施工方法。施工时先开挖下分层，上分层的凿岩、装药、连线工作通过临时台架进行。为了减少搭设台架的麻烦，一般采取先拉底后挑顶的方法进行，以便登碴作业。优点：不必人力扒岩，爆破条件好，施工效率高，砌碹时拱和墙接茬质量好；缺点：挑顶工作较困难，下分层需要架设临时支护，故不宜采用。图9-5倒台阶工作面施工法a-硐室断面上下分层的划分；b-上下分层施工的先后关系施工具体注意事项采用锚喷支护时，支护工作可以与上、下分层的开挖分别同时进行；采用砌筑混凝土支护时，下分层工作面I超前4-6m，高度为设计的墙高，随着下分层的掘进先砌墙，上分层随挑顶随砌筑拱顶。下分层开挖后的临时支护，视岩石情况可采用锚喷、木材或金属棚式支架等。3.井筒硐室施工方法井筒硐室有马头门和箕斗装载硐室，它们是煤矿井底车场与副井、主井井筒直接相连的两个主要硐室。其施工方法与巷道硐室相同，但是由于它们与立井井筒相连，因此，二者的施工必须与井筒施工统筹考虑，合理安排。（1）马头门的施工方法根据马头门与井筒之间施工顺序的先后，马头门的施工方法可分为与井筒同时施工法和与井筒顺序施工法两大类。①马头门与井筒同时施工当井筒掘进到马头门上方5-10m处时，暂停掘进，先将上段井壁砌好，随后再向下掘进井筒。当掘到马头门硐口处时，随井筒的施工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、待马头门与井筒连接处施工完成后，再向下掘砌剩余的部分井筒。图9-6马头门的施工顺序1-10马头门施工顺序图9-7马头门与井筒同时施工法(下行分层施工法)Ⅰ—Ⅳ马头门施工顺序当岩层松软破碎时，两侧马头门应分别施工；在中等以上稳定岩层中，两侧马头门可以同时施工。当围岩比较坚硬稳定时，可采用锚喷作临时支护，为了加快施工的速度，可安排自上而下分层与井筒同时施工的方法施工马头门，如图9-7示。马头门与井筒同时施工，可以充分利用凿井设备和设施进行打眼爆破、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;同时，支护的整体性好，工程质量易于保证。但是马头门施工占用井筒的施工工期，致使井筒到底时间向后推迟。②马头门与井筒顺序施工是指先掘砌完整个井筒，再返上来施工马头门。顺序施工最突出的优点是马头门施工不占用井筒施工工期，使井筒可提前到底。后期的马头门施工，也可能和其他工程平行。但是，顺序施工不如同时施工方案方便，而且由于井壁和马头门壁不是一次连续整体浇筑，所以需要特别注意马头门的工程质量。顺序施工的具体做法是，当井筒掘砌到马头门位置处时，预留下马头门的硐口不砌。硐口预留要稍大一点，以免将来马头门掘进爆破时崩坏井壁，暂时将硐口用喷射混凝土临时支护封闭起来，待并筒掘砌到设计深度后，再返上来施工马头门。为了施工方便，可以在马头门底板下方位置搭设一个临时固定盘作为掘砌的工作台，也可以直接利用凿井吊盘作为活动的掘砌工作台。江苏三河尖煤矿的马头门施工采用了马头门与井筒顺序施工方法。该马头门的掘进宽度5.36m，掘进高度4.86m、掘进断面22.96m2，马头门在井筒掘砌到底后开始施工，前后只用了8天时间就完成了东侧5.0m，西侧4.0m的马头门及信号硐室工程，有效地缩短了井筒到底时间。3.算斗装载硐室施工箕斗装载硐室是矿井原煤提升系统中的关键工程，硐室断面大、结构复杂，施工中有大量的预留孔和预埋件，施工技术难度大，工程质量要求高，因此必须科学选择施工方案，精心施工。根据箕斗装载硐室与井筒施工的先后关系，煤矿现有的施工方法可概括为与井筒同时施工、与井筒顺序施工以及与主井井口永久建筑平行施工。①箕斗装载硐室与井筒同时施工当井筒掘至硐室上方4-6m处时停止掘进，并将井壁砌好，再继续下掘井筒至硐室位置。若围岩比较稳定，则井筒工作面与硐室工作面错开一茬炮的高度(1.5~2.0)，如图9-8a所示，同时自上而下分层施工，并保持井筒工作面始终超前。若围岩稳定性差，硐室各分层可与井筒交替施工，如图9-8b所示。硐室爆破下来的矸石扒放到井筒中装提出井。随掘随用锚喷或锚喷网进行一次支护，及时封闭裸露的硐室顶帮和井帮。图9-8装载硐室与井筒同时施工在锚喷支护的保护下，逐层下掘，待整个硐室全部掘完后，再进行二次支护，由下向上立模板、绑扎钢筋，先墙后拱连同井壁连续整体浇筑。硐室底板在墙、拱筑好后再浇筑。硐室施工完成后，再继续向下开凿井筒。这种施工方法具有充分利用凿井设备进行硐室施工，效率高、进度快、安全性好和硐室施工前的准备工作较少的优点，但是硐室施工占用了井筒工期。拖延了井筒到底的时间。②箕斗装载碉室与井筒顺序施工这一方案总的施工顺序是，待井筒施工到底后，再开始箕斗装载硐室的施工。当井筒掘砌到硐室位置时，除硐口范围预留外，其他井筒部分全部砌筑。根据围岩情况，预留出的硐口部位暂时用喷混凝土或锚喷做临时支护，待井筒掘砌到设计深度后，再返回上来，采用自上向下分层方法施工箕斗装载硐室，以凿井吊盘作为掘砌工作台，将硐室掘出的矸石全部放人井底，硐室完工后，再集中排矸。箕斗装载硐室与井筒顺序施工作业方法的优点是可以部分利用凿井设备，如提绞设备、吊盘等。缺点是高空作业，安全性差；矸石全部落人井底，给后期清底工作增加困难，同样要延长井筒的施工期。③箕斗装载硐室与主井井口永久建筑平行施工为了使箕斗装载硐室的施工不占用井筒工期，从而有效地缩短建井总工期，待主井井筒掘砌到设计深度后，暂不立即利用凿井设备施工箕斗装载硐室，而在主井井塔工程施工的同时施工箕斗装载硐室，即箕斗装载硐室与主井井口永久建筑平行施工。采用这种施工方法时，多在主井井筒到底后，立即组织主井和副井短路贯通，并暂将主井井筒的提升由吊桶改装成临时罐笼，以利担负井底车场施工的提升任务。待副井井筒永久提升设备开始运转以后，随之拆除主并的临时罐笼，再开始进行箕斗装载硐室的施工。这时施工硐室，由于主井井筒的凿井设备大部分已经拆除，需在井底车场或辅助水平的井筒通道处重新布置施工硐室用的提绞设备等设施，在井筒中重新安置保护盘、封口盘、吊盘和天轮平台，因此硐室施工前期准备工作量比较大，同时由于高空作业，必须采取防坠安全措施。4.煤仓施工1、煤仓分类及适用条件井底煤仓根据围岩稳定性及矿井年生产能力的大小，可分为垂直式和倾斜式两种。倾斜煤仓一般是拱形断面，其倾角在60~70以上，适用于围岩稳定性较好、开采单一煤种或开采多煤种但不要求分装分运的中小型矿井。垂直煤仓一般是圆形断面，适用于围岩稳定性较差、可以分装分运的大型矿井。无论垂直式或倾斜式煤仓，其下口均要收缩成适合安装闸门的断面。2、煤仓支护方式煤仓永久支护一般采用混凝土浇筑，壁厚30~40，也可采用喷射混凝土，喷厚一般在150mm左右。煤仓布置在稳定坚固的岩层中时，也可以不支护，但下部漏煤口斜面应采用混凝土浇筑。3、煤仓的施工一般采用先自下向上开掘小反井，而后再自上向下刷大设计断面的方法。就反井施工方法而言，有普通反井法、吊笼反井法、深孔爆破法和反井钻机法等几种。（1）反井钻机施工法①施工方式和设备利用反井钻机钻凿反井的方式有两种:一种方式是把钻机安装在反井上部水平