破碎巖層皮帶道馬頭門與計量硐室施工實踐

〔摘 要〕在破碎巖層中施工皮帶道馬頭門與計量裝載硐室時，由于結構復雜、斷面高、澆筑困難、圍巖自穩性差、揭露面積大、暴露時間長等特點，易引發馬頭門頂板與井壁垮塌，嚴重威脅施工安全。以某金屬礦山主井破碎巖層段工程施工為例，通過設置截水槽導水、強化初期支護（錨網噴+鋼拱架）、優化爆破參數（減小周邊眼布孔間距與減少單孔裝藥量）、合理劃分施工順序及分層分步澆筑等措施，實現了皮帶道馬頭門與計量裝載硐室的安全高效施工。施工完成后，皮帶道馬頭門與計量裝載硐室整體澆筑質量好，為整個主井系統的順利建成奠定了良好的基礎。

〔關鍵詞〕皮帶道馬頭門；計量裝載硐室；初期支護；破碎巖層

中圖分類號：TD354 " 文獻標志碼：Ｂ " 文章編號：1004-4345（202５）0１-0005-0４

Practice on Construction of Belt Gallery’s Ingate and Measured Loading Chamber

in Broken Rock Strata

ZHOU Xinqing1， LI Yi2

（1. China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China;

2. Jiangxi Tongji Construction Project Management Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330009， China）

Abstract The construction of the belt gallery’s ingate and measured loading chamber in the broken rock strata is susceptible to collapse of the ingate roof and shaft wall due to complex structure， high section， difficult pouring， undesirable self-stability of the surrounding rock， large exposure area， and long exposure time， which pose a serious threat to the construction safety. Taking the construction of the broken rock section in a certain metal mine’s main shaft as an example， the safe and efficient construction of the belt gallery’s ingate and measured loading chamber can be achieved by arranging the interception channels for water diversion， strengthening the initial support （wire mesh spraying + steel arch）， optimizing the blasting parameters （reducing the spacing of the peripheral boreholes and decreasing the amount of single-hole charges）， classifying the construction sequence in a reasonable manner and pouring in layers and steps. Upon completion of the construction， the belt gallery’s ingate and measured loading chamber can be poured in a good quality as a whole， laying a good foundation for the successful construction of the entire main shaft system.

Keywords" belt gallery’s ingate; measured loading chamber; primary support; broken rock strata

馬頭門作為礦井的咽喉部位，服務范圍廣、服務年限長且斷面形式特殊，其施工工藝與普通平巷存在顯著差異[1]。在主井施工中，特別是采用鋼絲繩罐道提升的系統中，皮帶道馬頭門與計量裝載硐室由于區域結構復雜、體積大、高度高，且澆筑困難，整體施工安全與質量不易保證[2]。特別是在軟弱破碎巖層中施工時，由于圍巖揭露面積大、暴露時間長，易引發冒頂片幫等安全風險。因此，在受限的作業空間內，技術人員需制定科學合理的施工安全技術措施，優化施工順序，通過分步驟施工減小圍巖暴露面積，加強初期支護，縮短圍巖暴露時間，并在爆破掘進時采取措施減少對周邊圍巖的震動破壞，防止冒頂片幫事故發生，確保施工安全[3-6]。

1" "項目概況

1.1" 工程設計概況

某金屬礦山采用豎井開拓方式，主副井布置在采礦工業場地，二者距離55 m。主井設計凈直徑為4.0 m，井口標高+250 m，正常段采用300 mm厚素混凝土支護，-305 m水平設計有皮帶道馬頭門，其下部連接計量裝載硐室。皮帶道馬頭門長5.0 m，采用三心拱形斷面，尺寸為5.0 m×5.0 m（寬×高）。工勘資料顯示本區域圍巖巖性較差，設計采用100 mm厚錨網噴+鋼拱架+350 mm厚素混凝土支護。皮帶道平巷長10 m，同樣采用三心拱形斷面，尺寸為5.0 m×3.5 m（寬×高），設計支護方式同馬頭門。計量裝載硐室由兩部分組成，上部長4.35 m，凈寬3.20 m，凈高7.4 m，下部長1.15 m，凈寬2.05 m，凈高1.0 m，采用100 mm厚錨網噴+350 mm厚素混凝土整體支護。錨桿采用■20 mm、長2.5 m的端頭錨固樹脂錨桿，錨桿間排距為0.8 m；鋼筋網采用TECCO柔性支護網，絲徑為4 mm，網孔大小內切圓直徑為65 mm。

1.2" 工程地質概況

根據工勘資料，井筒標高-285～-334 m段為紫紅色粉砂巖，呈變余粉砂狀結構、層狀構造、泥質膠結、含凝灰巖角礫。靠近上巖層界面巖質松軟，多呈泥狀，擠壓面發育，巖體不穩定。指標評價為“極差”至“較差”，完整性為“極破碎”至“較破碎”。節理發育3組以上，不規則，以構造型為主，多數間距小于0.2 m，部分張開，部分充填。節理裂隙發育程度等級為“很發育”至“發育”，巖體基本質量等級為Ⅳ～Ⅴ級。

1.3" 施工概況

井筒施工期間，配套使用傘鉆、中心回轉抓巖機、液壓金屬模板、電耙子等主要設備。模板段高3.8 m，采用3層吊盤，吊盤上設置臥泵與水箱。井筒內沿井壁布置■108 mm排水管。井筒正常段施工每天完成1個掘砌循環。在此位置施工時，施工人員發現圍巖松散破碎，自穩能力差，裂隙較發育，遇水易軟化、泥化，因此增加了錨網臨時支護，并在掘進完成后分兩次進行錨網支護（出渣至段高2 m時開始第1次錨網支護，出渣至段高3.8 m后再進行第2次錨網支護），最后下放液壓金屬模板進行素混凝土澆筑，順利地將井筒施工至-305 m皮帶道馬頭門頂板以上1 m的位置。在此之前，井筒已穿過3個含水層，最大涌水量為15.6 m3/h。經過多次工作面預注漿與壁后注漿治水處理，施工至皮帶道馬頭門頂板位置時，井壁淋水量約為3.5 m3/h，井筒內無明顯涌水點。

2" "施工順序

根據本項目情況制定施工順序如下：設置井圈截水槽→皮帶道馬頭門與電耙子硐室掘進→皮帶道馬頭門與電耙子硐室澆筑→皮帶道平巷及液壓、操作硐室掘進→皮帶道平巷及液壓、操作硐室澆筑→井筒第一層掘進（3.7 m，含電耙子硐室）與計量裝載硐室掘進（2.0 m）→井筒第二層掘進（3.7 m，含電耙子硐室）與計量裝載硐室掘進（5.4 m）→井筒第三層掘進（3.7 m，該段包括1 m計量裝載硐室、0.45 m計量裝載硐室底板以及下部2.25 m井筒）→井筒與計量裝載硐室從下至上澆筑。以上所有掘進均包含完成初期支護施工。具體施工順序詳見圖1。

圖1 皮帶道馬頭門與計量裝載硐室施工順序示意

3" "施工步驟

3.1" 設置截水槽

鑒于主井井壁存在淋水現象，為防止井壁淋水進入馬頭門與計量裝載硐室，降低巖層自穩能力引起垮塌，需在-305 m皮帶道馬頭門頂板上部4.8 m處沿井壁一圈設置高10 cm的截水槽。該截水槽是利用液壓整體金屬模板刃腳形成，可將上部井壁淋水全部引入其中。在截水槽內，選擇合適位置固定１根50 mm的橡膠軟管，將淋水導流至吊盤上水箱，再通過臥泵與臨時排水管排至地表。

3.2" 皮帶道馬頭門施工

3.2.1" 總體施工工藝及設備配置

1）“臺階法”分層掘進控制。針對皮帶道馬頭門高度大、圍巖穩定性差的特點，采用臺階法分兩層施工，遵循“先拱后墻”原則。頂板掘進后，需實時觀察圍巖自穩性，若拱頂穩定性不足，下一次拱頂掘進時需采用管棚法超前支護。井筒出渣至距底板2.5 m時暫停，作業人員利用浮渣平臺進行拱部鉆孔。

2）鉆爆設備配置。本項目選用YT-28型風動鑿巖機，配套22 mm×2 500 mm中空六角鋼釬桿及38 mm一字型合金鉆頭，鉆孔深度為2.2 m，設計爆破進尺為2 m。通過“多打眼、少裝藥”策略控制周邊眼爆破震動，保護軟弱圍巖。

3.2.2" 爆破參數的優化

1）問題總結與改進。對比此前主井-275 m大件道馬頭門施工經驗（周邊眼距為650 mm、單孔4卷藥量，導致馬頭門斷面爆破成型差、冒頂嚴重），本次優化調整如下：（1）眼距控制。拱頂周邊眼間距

≤550 mm（13孔）；邊墻各6孔，間距≤500 mm；底眼9孔，間距≤650 mm。（2）裝藥改進。采用32 mm×300 mm二級巖石乳化炸藥（300 g/卷），周邊眼單孔裝藥量降至3卷，孔口以細砂封堵[7-8]。

2）平頂結構適應性調整。因皮帶道馬頭門后期無下放細長型材料與設備的要求，因此此位置馬頭門設計為平頂。然而，平頂馬頭門在混凝土澆筑時入模困難，易造成空頂或澆筑殘缺的質量事故。經與設計方溝通確認后，頂眼采用3°～5°下傾鉆孔，確保混凝土能順利入模，并加強振搗，澆筑密實。

3.2.3" 出渣方案設計

受主井井筒直徑限制，采用電耙子硐室輔助出渣。在皮帶道馬頭門與計量硐室第一、二層正對面分別設置高×寬×深為2.0 m×2.0 m×2.2 m的電耙子硐室，在皮帶道馬頭門、平巷及計量硐室掘進完成后，安裝電耙子把矸石耙到井筒里，再配合中心回轉抓巖機將渣石抓運至吊桶里提升到地面，實現渣石轉運。硐室后期隨主體工程同步回填。

3.2.4" 初期支護體系

1） 分層支護流程。分層支護是指噴錨網復合支護，即噴漿+錨網+補噴。如，頂部或拱部爆破后，先立即進行初噴（初噴厚度為30～50 mm），再進行錨網支護（采用柔性網支護，錨桿呈菱形布置，垂直節理面鉆孔安裝），最后補噴混凝土至設計厚度，形成封閉層隔絕水氣侵蝕。其中，柔性網采用高強度鋼絲無扭鏈式編織網，具備輕質、抗拉、柔韌性好等特點（見圖2），可緊密貼合巖面，在受到爆破震動時不易脆性斷裂，對巷道支護效果好（見圖3），因此廣泛應用于邊坡加固與地下工程支護中。此外，噴射混凝土強度等級C20，噴漿由上而下進行，噴槍與巖面盡量保持垂直，噴射質量以混凝土不流淌為宜。

2）鋼拱架加固技術。本案例鋼拱架采用結構參數：14號工字鋼加工，0.5 m間距布置。工字鋼接頭處用2塊180 mm×180 mm×10 mm的鋼板配套螺栓連接，柱腳通過同樣尺寸的鋼板與馬頭門底板緊密貼合，焊接固定。相鄰鋼拱架之間采用直徑為20 mm的圓鋼進行連接，圓鋼間距為1.0 m，以確保鋼拱架的整體穩定性。馬頭門支護斷面見圖4，鋼拱架加工示意見圖5。

由于本段井筒位于軟弱巖中，圍巖松散破碎，自穩能力差，因此采取錨網噴+鋼拱架的初期支護方式。拱部掘進到位后，先進行錨網噴初期支護施工，待拱部錨網噴支護完成后再掘進巷道兩幫。巷道全斷面完成錨網噴初期支護后，再進行鋼拱架支護施工。

3.2.5" 裝配式模板的應用

根據馬頭門外形輪廓預先加工好裝配式整體鋼模。該鋼模由大型塊狀鋼板加工而成，鋼板之間拼接后采用螺栓進行連接。裝配式整體鋼模具有運輸方便、組裝快速、剛度與強度大等優點，澆筑成型后的馬頭門整體性好，觀感質量極佳。馬頭門裝配式整體鋼模下放組裝后，配合井筒施工液壓金屬模板，采取自下而上提升液壓金屬模板的方法進行澆筑。混凝土澆筑時，利用灰罐運輸至吊盤，從吊盤上布置溜灰管進行下料，先墻后拱，分層對稱澆筑，振搗施工，直至提升液壓金屬模板至馬頭門頂板以上1 m位置合攏、澆筑完成。

3.3" 皮帶道平巷施工

皮帶道平巷施工采用初期支護緊跟工作面的方式，整體支護按“兩掘一支”循環推進。

掘進采用全斷面爆破一次成巷工藝，直眼掏槽方式，每循環進尺2 m，炮孔布置參數與皮帶道馬頭門一致。掘進完成后，利用電耙出渣，隨即進行初噴支護、錨網支護，并補噴到設計厚度，鋼拱架支護緊跟其后進行。在完成下一個掘進作業與初期支護循環后，開始組裝模板并進行混凝土澆筑。混凝土澆筑時，在皮帶道馬頭門內布置輸送泵，通過地面灰罐經溜灰管將混凝土輸送至泵送點。分段澆筑（每段4 m），直至10 m皮帶道平巷全部施工完成。皮帶道平巷施工期間，將操作硐室與液壓硐室一并施工完成。平巷內，操作硐室與液壓硐室所在位置不布置鋼拱架。

3.4" 計量裝載硐室施工

與計量裝載硐室連通的井筒部分自上而下分3層掘進施工。

井筒利用傘鉆打眼，鉆孔深度為4.2 m，掘進段高3.7 m。掘進至計量裝載硐室位置，采用YT-28鉆豎向打眼，鉆孔深度為2.2 m，掘進段高2 m。爆破后，出渣至2 m開始對井筒與計量裝載硐室進行“噴漿+錨網+補噴”的初期支護，支護完成繼續在井筒內出渣至段高3.7 m。

下放傘鉆繼續鉆孔。第二層井筒掘進段高3.7 m，計量裝載硐室掘進段高2 m。爆破后，出渣至2 m時，與第一層一樣完成初期支護。此時，豎井井筒內已完成7.4 m的掘進工作，而計量裝載硐室掘進只完成了4 m，故繼續在井筒內出渣至段高2 m后對計量裝載硐室進行爆破掘進，掘進段高2 m。出渣后進行初期支護，然后出渣至段高1.4 m，將計量裝載硐室剩余部分掘進完成。

第三層井筒掘進段高3.7 m，此位置的計量裝載硐室為計量裝置基礎坑，高1 m，支護厚度為0.45 m，此外下部井筒部分繼續掘進2.25 m。掘進施工期間必須嚴格控制好井壁淋水，不得淋水不會進入計量裝載硐室與井壁邊幫，否則易引起片幫事故；同時，還必須及時噴漿封閉裸露圍巖，以減少圍巖暴露時間。整個硐室掘進完成后，分層組裝模板配合主井施工液壓金屬模板自下而上澆筑。混凝土澆筑時要對稱、連續進行，分層振搗，分層厚度不超過300 mm，直至澆筑至皮帶道馬頭門底板，才算完成整個計量裝載硐室的施工。

4 結論

針對某金屬礦山主井破碎巖層段皮帶道馬頭門與計量裝載硐室的施工，本文得出了以下結論：1）在破碎巖層中施工斷面較高的馬頭門時，建議采用臺階法施工。具體步驟為“先拱后墻”，即對拱頂進行初期支護后再分層施工。初期支護主要以錨網噴為主，若圍巖自穩能力極差，可采用管棚進行超前護頂。施工過程中，應盡可能減少圍巖的暴露面積和暴露時間，并做好截水、導水措施。同時，需采取措施控制爆破，以減小對周邊軟弱圍巖的震動破壞。2）在錨網支護作業中，采用TECCO柔性支護網能有效加快施工進度。該柔性網抗拉強度大，可以更好地緊貼在巖面上，在其上噴漿，施工效果更好。此外，柔性網具有較大的柔性，受爆破震動時不易發生脆性斷裂，因此建議在井巷工程的錨網施工中廣泛使用。3）在破碎巖層中馬頭門的支模施工時，建議盡可能采用預制整體鋼模。使用預制整體鋼模可有效縮短支模時間，加快施工進度，使整體支護盡快形成，從而為施工安全提供有力保障。

參考文獻

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