探索非煤矿山副井马头门施工技术改进措施

田 巍，刘新宇

(本溪钢铁(集团)矿业有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

0 引言

马头门是连接竖井与各阶段水平巷道的过渡段，因其形似马头故而得名，在地下矿山发挥着人员材料及大型设备运输、风水管路布置等重要作用，相当于矿井的咽喉部位。因其服务范围广，服务年限长且断面设计形式特殊，其施工工艺区别于普通平巷。

歪头山矿花岭沟铁矿副井掘、砌工程施工包含8个中段马头门：单侧马头门为+20、-70、-160、-250 m四个中段；双侧马头门为-100、-190、-280、-370 m四个中段。单侧马头门巷道净宽6 m，墙高3.6～2.2 m；双侧马头门巷道净宽6 m，净高5.8～4.1 m，墙高3.8～2.1 m；设计为三心拱断面，拱高2 m，进车方向马头门长度12.5 m，出车方向马头门长度9.6 m；马头门设计砼厚400 mm，混凝土强度等级为C30。

1 工程概况

歪头山花岭沟铁矿矿区位于歪头山露天采场的南侧，地下开采出的矿石要纳入歪头山运矿系统运至选厂。

由于地表需要保护的设施较多，地表征地困难，矿山采用充填法开采，开采顺序为自下而上开采，第一个开采阶段为-340～-250 m间矿体，运输水平设置在-370 m标高。

矿山采用竖井开拓。主、副井及工业场地布置在矿区北侧，歪头山露天采场东南侧，原矿山208 m站南侧。设一条主井(箕斗井)和一条副井(罐笼井)，主井负责完成150万t/a矿石和15万t/a岩石提升任务，矿石和岩石进行混提，采用底卸式单箕斗配平衡锤的提升方式，选用12 m3底卸式箕斗。井筒的上口标高为+187 m，井底标高-478.2 m，井筒净直径Ф5.0 m。选用JKM-3.5×6多绳摩擦式提升机，配用交流同步电动机，N=1 500 kW。矿岩在地下设一套破碎系统。副井(罐笼井)担负新水平准备的8万t/a的岩石提升任务，还承担运输人员、材料等任务。上口标高为+187 m，井底标高-406.5 m，井筒净直径Ф6.0 m。采用单罐笼配平衡锤的提升方式，提升机选用JKM-2.8×6(III)E型低速直联塔式摩擦提升机，矿山总进风量200 m3/s。

2 副井马头门施工

2.1 施工条件

依据花岭沟铁矿地质资料，基建施工围岩质量多为中等偏好，以片麻状花岗岩和条带状花岗岩为主。岩体中等完整和较完整但浅部地层岩石质量、岩体完整性及其稳定性相对较差，矿床工程地质条件属中等类型。

主要含水岩组为第四系松散岩类孔隙含水岩组和基岩裂隙含水岩组，基岩风化裂隙水为弱富水性，构造裂隙水为中等富水性，地下正常涌水量为3 426 m3/d。矿床上部有小河和第四系覆盖，其水文地质条件属中等类型。

2.2 施工顺序及方法

新建副井首个马头门位于-70 m进风水平，该马头门净底板相对标高±0.00 m(井深557 m)，马头门位于井筒东西两侧，设计为三心拱断面，拱高2 m，A侧方向马头门长度11 m，B侧方向马头门长度8 m，详见图1。

图1 副井井筒与-70m水平巷道连接处剖面图

1)井筒掘进自中段马头门顶板0.5 m至底板下2.4 m，掘进段高9 m，采用短掘短支的施工方法，同时进行人行绕道掘进。

2)井筒掘进结束后，进行马头门掘进。采用先导硐再刷大的施工方法，即先导硐(2.6 m×2.0 m)，再由外向里进行刷大，先刷帮后压顶，进尺为2.0 m。

3)为减少马头门施工缝，掘进结束后采用与井筒一道整体立模浇砼，浇砼顺序为自下而上[1]。

2.3 施工工艺

原则上采用短掘短支、一次性永久支护的作业方式，具体可根据井筒围岩状况灵活掌握[2-3]。

2.3.1 掘进

1)凿岩爆破：马头门及人行绕道掘进，使用YT-28型风动凿岩机进行凿岩，分区凿眼，直眼掏槽，光面爆破。钻头选用Φ38 mm一字型合金钎头，钎杆选用Φ22 mm中空六角合金钎杆。钻眼深度2.5 m，掏槽眼深度2.7 m，掏槽方式为一阶直眼挤压掏槽，循环进尺2.2 m。掏槽眼与辅助眼炸药使用Φ32 mm的乳化炸药，采用反向耦合连续装药。

2)出矸：采用一台HZ-6B型中心回转式抓岩机装岩、一台JKZ-2.8/11.5及一台JK-2.5/20型卷扬机提升4.0 m3/3.0 m3矸石吊桶，座钩式自动翻矸。马头门采用电耙出矸。

2.3.2 支护

马头门立模采用金属模板，段高不足部分采用1.5 m木模板；人行绕道立模采用木模板，立模、浇砼自下而上进行，马头门施工断面见图2。掘进断面检查：浇砼作业前，应认真对掘进断面进行检查，先班组自检、再由项目部技术组专职质检员进行检查确认，自检合格后报业主、监理进行复检，复检合格后方可进行浇砼作业。

图2 马头门断面施工图

支护顺序：将井帮附近矸石面找平，同时将井筒中心线放下，然后开始立模，模板校正合格后开始浇筑混凝土。永久支护为现浇混凝土，混凝土强度等级为C30素混凝土。

3 马头门进度迟缓原因分析

3.1 掘进

凿岩工、出矸工熟练作业程度不足，使每个工序时间延长，造成井筒及马头门施工信心下降；副井马头门施工工艺复杂，工序转换频繁，施工难度大；副井马头门围岩不稳定，拱顶存在垮落现象，采取锚网临时支护，延长了施工工期；副井马头门的操作硐室、液压硐室和两个安全门硐室，全部由人工出矸石，效率低影响进度；副井马头门爆破采用光面爆破，多排布孔方式，爆破效果不佳。出矸采用电耙出矸，出矸效率低。

3.2 支护

副井施工材料准备不充分，马头门支护材料采购加工不及时，在上述的工作条件下+20 m马头门施工工期为35天。

4 提高进度整改措施

4.1 掘进

施工组织改进：施工队伍调整组织结构，补充必要的打眼工2人，减少打眼时间；补充出矸工2人，加快清底速度；补充木工1人，提高马头门支模板质量。交接班期间，提前让下一班人员在井口等候，提前准备，交接班不脱节；提前通知爆破公司炸药进场，同时及时上报爆破时间，有信息变更及时通知业主、监理、爆破公司，保证爆破的流畅性。

施工技术改进：马头门掘进期间小型铲车出矸，提高出矸速度；爆破孔布置结构方式改为楔形布孔提高炮孔利用率。

4.2 支护

浇砼期间，提前通知搅拌站，确保砼提前送达现场，补方时提前通知搅拌站，避免砼浇筑时脱节；马头门施工方案由原来支护A侧5 m改为一次性掘砌施工，调整施工程序，减少一次模板及拱架拆装工作；马头门施工材料提前准备，后勤保障充足。

通过上述改进措施在施工第二个马头门(即-70 m马头门)掘砌速度缩短为15天。

5 结语

综上所述，马头门岩性复杂、断面大、埋深大，需要对施工组织设计及施工方案进行优化，借助机械化装置，迅速地进行马头门及相关硐室施工。副井马头门在支护结构复杂的情况下提前20天完成施工，取得了良好的经济和社会效益。配套的机械化作业是组织快速施工的决定因素。通过优化劳动组织，充分调动职工的积极性。提高了工效，充分发挥了机械化配套设备的潜力，为正规循环作业提供了保障。科学的施工组织与管理，是确保优质、快速、安全施工的关键。