一种高大硐室的漏斗式施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种高大硐室的漏斗式施工方法，该方法先采用漏斗法施工以暴露硐室拱顶的部分围岩，待拱顶暴露后进行临时支护，之后再扩刷漏斗施工至硐室下部，并利用漏斗井放渣，使作业平面逐步下移至设计地坪，直至完成硐室施工。本发明尤其适用于高度超过15米、长度超过30米的高大硐室，并且具有出渣成本低、出渣工艺简单、顶板安全更容易掌控、通风易解决、更安全环保等特点，还具有安全、高效、通风排水简单等优点，并且能够降低施工成本、降低安全风险且质量更容易控制。
【专利说明】一种高大硐室的漏斗式施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿建施工【技术领域】，更具体地讲，涉及一种高大硐室的漏斗式施工方法。
【背景技术】
[0002]硐室是指空间三个轴线长度相差不大且不直通地面的地下巷道，其作用通常是安装各种设备、机器，存放材料或工具，或作为机修房、休息室或避灾避险场所使用。
[0003]通常，挖设硐室有联道法、全断面施工法、台阶法、导硐法等方法。但对于高度超过15米、长度超过30米的高大硐室而言，由于其存在跨度大、施工难度大、安全隐患大、岩石地质条件复杂、地压较大且通风运输困难等问题，若采用普通联道法施工，则上山联道较长且需转几次90°的弯道，出渣困难且通风难以解决；若采用台阶法施工，则硐室拱顶的暴露面积较大，前期临时支护的程序复杂，安全难以保障，
[0004]因此，需要提供一种适用于高大硐室的施工方法，在保证安全的同时减低成本。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述技术问题中的一个或多个。
[0006]本发明的目的在于提供一种能够提升施工效率、降低施工成本的高大硐室施工方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供了一种高大硐室的漏斗式施工方法，所述方法包括以下步骤:a、确定硐室的长度、宽度、高度和硐室拱顶的起拱线高度；b、设定漏斗井的数量和位置，所述漏斗井的数量和位置是根据从漏斗井的井口以40?50°的坡角向上扩刷形成的圆形漏斗的最大横截面能够覆盖硐室的拱顶施工范围确定的，其中，根据硐室拱顶的起拱线高度确定硐室拱顶的渣石量，根据硐室高度和坡角确定漏斗井的井口高度，根据硐室拱顶的渣石量和井口高度确定漏斗井的直径，所述漏洞井的数量至少为两个；C、挖设供运载设备通行的下部联道，之后挖设供人员和设备通行的通风竖井，其中，所述下部联道能够连通硐室外部与所述漏斗井和通风竖井；e、根据所设定的漏斗井的位置从下部联道的顶部开始向上挖设所设定数量的漏斗井；f、从邻近通风竖井的第一漏斗井的井口向上扩刷至硐室拱顶并形成第一漏斗，当所述第一漏斗与通风竖井贯通后在通风竖井内安装爬梯，其中，将第一漏斗井向上扩刷过程中产生的渣石下放至所述第一漏斗井中形成作业平面并根据作业高度通过所述第一漏斗井适量排渣；g、在第一漏斗上方的拱顶进行安全支护；h、依次从其余漏斗井的井口向上扩刷至硐室拱顶并依次形成其余漏斗，并依次在其余漏斗上方的拱顶进行安全支护，其中，先扩刷与所述第一漏斗井相邻的漏斗井，并且将其余漏斗井向上扩刷过程中产生的渣石下放至所述其余漏斗井中形成作业平面并根据作业高度通过所述其余漏斗井适量排渣；1、从各漏斗和通风竖井两侧向下扩刷直至打通硐室下部，其中，将向下扩刷过程中产生的渣石继续下放至各漏斗井和通风竖井中并通过所述漏斗井和通风竖井适量排渣使整个作业平面逐步下移直至硐室施工完毕。
[0008]根据本发明的高大硐室的漏斗式施工方法的一个实施例，所述硐室的高度超过15米、长度超过30米。
[0009]根据本发明的高大硐室的漏斗式施工方法的一个实施例，所述通风竖井设置在上风口并且靠近硐室的封端，所述通风竖井与能够与外界连通的通风巷道连通。
[0010]根据本发明的高大硐室的漏斗式施工方法的一个实施例，所述安全支护为喷锚网支护。
[0011]本发明相比于传统的“台阶法”或“联道法”，具有出渣成本低、出渣工艺简单、顶板安全更容易掌控、通风易解决、更安全环保等特点，还具有安全、高效、通风排水简单等优点，并且能够降低施工成本、降低安全风险且质量更容易控制，具有较好的推广前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中下部联道的施工俯视图，其中示出了漏斗井、漏斗和通风竖井的设置位置。
[0013]图2是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中通风竖井的施工侧视图。
[0014]图3是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中漏斗井的施工侧视图。
[0015]图4是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中第一漏斗井扩刷至第一漏斗的施工侧视图。
[0016]图5是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中第二漏斗井扩刷至第二漏斗的施工侧视图。
[0017]图6是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中第三漏斗井扩刷至第三漏斗的施工侧视图。
[0018]图7是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中向下扩刷的施工侧视图，其中，按照A — B — C — D的顺序施工。
[0019]附图标记说明:
[0020]1-硐室、2_下部联道、3_漏斗井、3-1-第一漏斗井、3_2_第二漏斗井、3_3_第二漏斗井、4-通风竖井、5-漏斗、5-1-第一漏斗、5_2_第二漏斗、5_3_第二漏斗、6-禮:石、a-井口高度、α -坡角。
【具体实施方式】
[0021]在下文中，将对本发明的高大硐室的漏斗式施工方法进行详细说明。
[0022]本发明的高大硐室漏斗式施工方法的具体思路为先采用漏斗法施工以暴露硐室拱顶的部分围岩，待拱顶暴露后进行临时支护，之后再扩刷漏斗施工至硐室下部，并利用漏斗井放渣，使作业平面逐步下移至设计地坪，直至完成硐室施工。本发明的施工方法尤其适用于高度超过15米、长度超过30米的高大硐室，但本发明不限于此。
[0023]根据本发明，上述高大硐室的漏斗式施工方法包括依次进行的以下步骤a?1:
[0024]a、确定硐室的长度、宽度、高度和硐室拱顶的起拱线高度；
[0025]b、设定漏斗井的数量和位置，所述漏斗井的数量和位置是根据从漏斗井的井口以40?50°的坡角向上扩刷形成的圆形漏斗的最大横截面能够覆盖硐室的拱顶施工范围确定的，其中，根据硐室拱顶的起拱线高度确定硐室拱顶的渣石量，根据硐室高度和坡角确定漏斗井的井口高度，根据硐室拱顶的渣石量和井口高度确定漏斗井的直径，所述漏洞井的数量至少为两个；
[0026]C、挖设供运载设备通行的下部联道，之后挖设供人员和设备通行的通风竖井，其中，所述下部联道能够连通硐室外部与所述漏斗井和通风竖井；
[0027]e、根据所设定的漏斗井的位置从下部联道的顶部开始向上挖设所设定数量的漏斗井;
[0028]f、从邻近通风竖井的第一漏斗井的井口向上扩刷至硐室拱顶并形成第一漏斗，当所述第一漏斗与通风竖井贯通后在通风竖井内安装爬梯，其中，将第一漏斗井向上扩刷过程中产生的渣石下放至所述第一漏斗井中形成作业平面并根据作业高度通过所述第一漏斗井适量排渣；
[0029]g、在第一漏斗上方的拱顶进行安全支护；
[0030]h、依次从其余漏斗井的井口向上扩刷至硐室拱顶并依次形成其余漏斗，并依次在其余漏斗上方的拱顶进行安全支护，其中，先扩刷与所述第一漏斗井相邻的漏斗井，并且将其余漏斗井向上扩刷过程中产生的渣石下放至所述其余漏斗井中形成作业平面并根据作业高度通过所述其余漏斗井适量排渣；
[0031]1、从各漏斗和通风竖井两侧向下扩刷直至打通硐室下部，其中，将向下扩刷过程中产生的渣石继续下放至各漏斗井和通风竖井中并通过所述漏斗井和通风竖井适量排渣使整个作业平面逐步下移直至硐室施工完毕。
[0032]根据本发明的一个实施例，上述通风竖井设置在上风口并且靠近硐室的封端，通风竖井与能够与外界连通的通风巷道连通。在施工前，已有一个能够与外界连通的通风巷道通到通风竖井的下部通道，将通风竖井设置在上风口是为了防止炮烟进入并保证通风竖井与新鲜风流的进口最近。此外，由于通风竖井是实现人员和设备上下及通风用的通道，因此挖设和扩刷各通道时的渣石不允许对通风竖井的安全构成任何不良影响，优选地将通风竖井设置在硐室的封端，也就是靠墙的一侧。
[0033]其中，安全支护的方式可以有很多种，例如喷射混凝土支护、锚杆支护、喷锚网支护等，本发明的安全支护为喷锚网支护，喷锚网支护的好处包括:1、支护可紧跟工作面，不留空顶，有利于安全；2、既是临时支护，又是永久支护的一部分，经济且掘进作业安全。
[0034]由于本发明的方法比较抽象，为了能够更为清楚和具体地说明本发明，下面结合附图和具体示例进一步对本发明进行说明。
[0035]本示例以某铁矿的胶带驱动站硐室施工来具体说明本发明的主要施工工艺流程。
[0036]一、基本工艺流程
[0037]施工准备(包括硐室设计、参数确定、漏斗井和通风竖井以及下部联道的测量定位等)一挖设下部联道一挖设通风竖井一挖设三个漏斗井一将第一漏斗井扩刷至顶部形成第一漏斗(过程中适时出渣)并且进行拱顶支护一使第一漏斗与通风竖井上部贯通并安装通风竖井爬梯一向上扩刷第二、三漏斗井至形成第二、三漏斗(过程中适时出渣)并且进行拱顶支护一将各漏斗和通风竖井向下扩刷并放渣一整个硐室底板下降至设计地坪并完成硐室施工。
[0038]二、施工步骤[0039]I)施工准备
[0040]图1是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中下部联道的施工俯视图。如图1所示，硐室I的长度为32m、宽度为13m、高度为17m、硐室拱顶的起拱线高度为12.3m，开挖的渣石量约为7710m3。漏斗5的数量为3个，漏斗井3、通风竖井4和下部联道2的设定位置如图所示。
[0041]具体来说，漏斗井3是指横截面基本为圆形的竖井，挖设漏斗井是扩刷形成漏斗的前提并且也是用于形成扩刷时的工人作业平面和出渣的主要通道。漏斗5则是从漏斗井3的井口以一定的坡角α向上扩刷形成的，坡角α是指漏斗的边坡与水平线之间的夹角。根据本发明，坡角α为40?50°，优选为45°。
[0042]其中，漏斗井的数量和位置是根据从漏斗井的井口向上扩刷形成的圆形漏斗的最大横截面能够覆盖硐室的拱顶施工范围确定的。在本示例中，3个漏斗即可全部覆盖，具体如图1所示。但本发明不限于此，漏斗井的数量通常至少为两个，还可以根据硐室的尺寸具体选择漏斗数量和位置。
[0043]另外，还需要根据硐室拱顶的起拱线高度确定硐室拱顶的渣石量，根据硐室高度和坡角确定漏斗井的井口高度a，再根据硐室拱顶的渣石量和井口高度a确定漏斗井的直径。在本示例中，硐室拱顶的渣石量为2594m3，井口高度a为7.6m，漏斗井的直径为3m。
[0044]2)挖设下部联道和通风竖井
[0045]图2是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中通风竖井的施工侧视图。如图1和图2所示，挖设供运载设备通行的下部联道2，之后挖设供人员和设备通行并可以通风的通风竖井4。下部联道2是为漏斗井和漏斗施工提供通道，需保证下部联道2能够连通硐室I外部与漏斗井3和通风竖井4.本示例中的下部联道2的尺寸为3.6mX 3.6m，但本发明不限于此，下部联道的断面尺寸可供如装载机等运载设备进出即可。通风竖井4则是作为人员、机具上下和通风用的通道，通常为一人通行。为了保证通风竖井4距离新鲜风流进口最近并且足够安全，本示例将通风竖井4设置在上风口并且靠近硐室I的右端墙一侧。
[0046]3)挖设三个漏斗井
[0047]图3是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中漏斗井的施工侧视图。如图3所示，根据所设定的漏斗井3的位置从下部联道2的顶部开始向上挖设所设定数量的漏斗井3。需要注意的是，在挖设漏斗井3的过程中，工人是站在渣堆上作业的，因此挖设漏斗井3所产生的渣石不能全部排出，必须留够工人作业的高度并视作业高度适量出渣。
[0048]4)将第一漏斗井扩刷至顶部形成第一漏斗(过程中适时出渣)并且进行拱顶支护
[0049]图4是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中第一漏斗井扩刷至第一漏斗的施工侧视图。如图4所示，从邻近通风竖井4的第一漏斗井3-1的井口以45°的坡角向上扩刷至硐室拱顶并形成第一漏斗5-1，在第一漏斗5-1上方的拱顶进行安全支护。需要注意的是，将第一漏斗井3-1向上扩刷过程中产生的渣石下放至第一漏斗井3-1中形成作业平面并根据作业高度通过第一漏斗井3-1适量排渣。
[0050]5)使第一漏斗与通风竖井上部贯通并安装通风竖井爬梯
[0051]当第一漏斗5-1与通风竖井4贯通后在通风竖井4内安装爬梯以供人员、设备上下，在安装前确保拱顶的顶板安全，例如通过支护来确保安全。
[0052]6)向上扩刷第二、三漏斗井至形成第二、三漏斗(过程中适时出渣)并且进行拱顶支护
[0053]图5是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中第二漏斗井扩刷至第二漏斗的施工侧视图。图6是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中第三漏斗井扩刷至第三漏斗的施工侧视图。如图5和图6所示，先将第二漏斗井3-2向上扩刷至形成第二漏斗5-2并进行安全支护，然后将第三漏斗井3-3向上扩刷至形成第三漏斗5-3并进行安全支护。其中，应先扩刷与第一漏斗井3-1相邻的漏斗井，并且将其余漏斗井向上扩刷过程中产生的渣石下放至相应的漏斗井中形成作业平面并根据作业高度通过相应的漏斗井适量排渣。由于拱顶掘进后产生的渣石全部通过漏斗井下放，为确保工人的安全，漏斗和漏斗井下部的渣石是不允许放空的，又因岩石有一定膨胀系数，因此需要将部分渣石通过漏斗井和下部联道排出，漏斗中的渣石是通过整个硐室逐步下挖的过程中排放的。
[0054]7)将各漏斗和通风竖井向下扩刷并放渣
[0055]图7是本发明示例的高大硐室的漏斗式施工方法中向下扩刷的施工侧视图。如图7所示，从各漏斗和通风竖井两侧向下扩刷直至打通硐室下部，其中，将向下扩刷过程中产生的渣石继续下放至各漏斗井和通风竖井中并通过漏斗井和通风竖井适量排渣使整个作业平面逐步下移直至硐室施工完毕。其中，按照图7中示出的A — B — C — D的顺序施工。需要注意的是，在本步骤中，通风竖井已经不再使用并也用于填充扩刷过程中的渣石，而第三漏斗井则作为人员、设备上下的通道并也用于放渣。
[0056]8)整个硐室底板下降至设计地坪并完成硐室施工
[0057]当向下扩刷至硐室底部的岩石均被挖空且渣石被运走，则完成硐室的施工。
[0058]综上所述，本发明在提升施工效率、降低施工成本等方面效果明显，且施工工艺通俗实用，便于普及，具有良好的社会效益和经济效益。
[0059]上面虽然结合示例对本发明的实施方式做了详细的说明，但是，本发明并不限于上述实施方式。本发明所属【技术领域】的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，在权利要求保护范围内，还可以对上述实施例进行变更或改变等。
【权利要求】
1.一种高大硐室的漏斗式施工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: a、确定硐室的长度、宽度、高度和硐室拱顶的起拱线高度； b、设定漏斗井的数量和位置，所述漏斗井的数量和位置是根据从漏斗井的井口以40?50°的坡角向上扩刷形成的圆形漏斗的最大横截面能够覆盖硐室的拱顶施工范围确定的，其中，根据硐室拱顶的起拱线高度确定硐室拱顶的渣石量，根据硐室高度和坡角确定漏斗井的井口高度，根据硐室拱顶的渣石量和井口高度确定漏斗井的直径，所述漏洞井的数量至少为两个； C、挖设供运载设备通行的下部联道，之后挖设供人员和设备通行的通风竖井，其中，所述下部联道能够连通硐室外部与所述漏斗井和通风竖井； d、根据所设定的漏斗井的位置从下部联道的顶部开始向上挖设所设定数量的漏斗井; e、从邻近通风竖井的第一漏斗井的井口向上扩刷至硐室拱顶并形成第一漏斗，当所述第一漏斗与通风竖井贯通后在通风竖井内安装爬梯，其中，将第一漏斗井向上扩刷过程中产生的渣石下放至所述第一漏斗井中形成作业平面并根据作业高度通过所述第一漏斗井适量排渣； f、在第一漏斗上方的拱顶进行安全支护； g、依次从其余漏斗井的井口向上扩刷至硐室拱顶并依次形成其余漏斗，并依次在其余漏斗上方的拱顶进行安全支护，其中，先扩刷与所述第一漏斗井相邻的漏斗井，并且将其余漏斗井向上扩刷过程中产生的渣石下放至所述其余漏斗井中形成作业平面并根据作业高度通过所述其余漏斗井适量排渣； h、从各漏斗和通风竖井两侧向下扩刷直至打通硐室下部，其中，将向下扩刷过程中产生的渣石继续下放至各漏斗井和通风竖井中并通过所述漏斗井和通风竖井适量排渣使整个作业平面逐步下移直至硐室施工完毕。
2.根据权利要求1所述的高大硐室的漏斗式施工方法，其特征在于，所述硐室的高度超过15米、长度超过30米。
3.根据权利要求1所述的高大硐室的漏斗式施工方法，其特征在于，所述通风竖井设置在上风口并且靠近硐室的封端，所述通风竖井与能够与外界连通的通风巷道连通。
4.根据权利要求1所述的高大硐室的漏斗式施工方法，其特征在于，所述安全支护为喷锚网支护。
【文档编号】E21D13/02GK103982204SQ201410205472
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】杨波, 周伟 申请人:攀钢集团工程技术有限公司