斜井支洞辅助主平硐两头开挖出渣方案

斜井是全线坡度最大的支洞，长大隧道矿井斜井支洞辅助主平硐两头开挖出渣方案是该斜井下游主洞的工期为关键线路，斜井出渣效率直接制约主洞的施工进度，故出渣机械化配套方案的选择是控制施工工期的重点。在隧洞矿井施工中采取经济合理的出渣方案，安全高效低成本运行优质地保证施工的顺利进行。在长隧道施工中，设置斜井以增加工作面，缩短工期，但会增加运输成本和修建井的投入。

工程概况：大型隧道矿井输水等工程，该工程线路总长201.32km。隧洞工程隶属于隧道矿井西段工程，采用无压洞，其总长14.11km。主洞为城门洞型断面，隧洞断面尺寸为3.20×3.58m。斜井主洞室开挖施工概述及问题的提出：

斜井总长602.26km，坡度i=42.02%（倾角为25.2度）设计净断面为4.0×4.0m，城门洞形，高差222.62m.综合坡度42.28%，承担主洞施工任务1823m，其中上游900m，下游923m。

斜井下游主洞开挖为关键线路工程，合同总长度923m，原计划掘进施工强度为2m/d，总工期452d。根据开工后的施工进度，斜井按原施工进度计划剩余工期345d，扣除节假日，自然因素及不可预见等不利因素，剩余工期280天。923m/280d=3.29m/d，下游主洞掘进强度不少于4m/d才能保证施工总进度目标的实现。为保证施工总进度目标的实现，上下游主洞掘进进度应大于8m/d，斜井长且坡度大，施工出渣效率的高低是制约施工进度的关键，出渣方案的选择极其重要，有效合理地选择斜井大倾角出渣方案，才能保证本工程的计划能顺利完成。

斜井出渣方案选择：根据主洞掘进强度计划，原施工组织设计拟定的主洞有轨方案已不能满足施工掘进强度要求，需采用高效出渣方案才能满足8m/d的施工掘进强度要求，为保证掘进施工强度要求，有以下四种大坡度大倾角斜井掘进运输方案可供选择：

(1)斜井曲轨侧卸式矿车有轨掘进运输方案：该方法主洞内采用ZWY-120/55L型装渣机，然后10吨电瓶运碴车从主洞行进到斜井平台侧卸式矿车上，再用XK-6/6曲轨侧卸式矿车或者通过斜井洞口的JK-2.5×1.5型斜井提升机牵引，通过有轨运输方式运送卸载到农用车到斜井口，最后农用车直接开往弃渣场完成渣料运送，该方案实现了主洞、斜井、洞外出渣一条龙作业，2次倒运，减少了二次装渣，可大大加快施工进度。但掘进工作面炮渣不能及时清除，因为运输距离长，斜井提升量和速度有限，造成出渣时间太长，不能平行作业，因此该方案运输工作时间长，不能满足施工要求。

(2)斜井箕斗+大型临时储存转载仓+K-2.5×1.5型斜井提升机+斜井有轨掘进运输方案：该方法主洞内采用ZWY-120/55L型装渣机装渣，主洞10吨电瓶运碴车或者ST-12/6梭式矿车运渣，在斜井开挖到平洞后继续按原坡度开挖形成一个斜凹槽（就是基坑）尺寸能放进6立方曲轨侧卸式矿车就是可以，矿车在该凹槽内等候装渣。基坑上停设25立方大型临时储存转载仓，12立方梭式矿车将主洞两头开挖的渣石运至卸载到大型临时储存转载仓，通过溜槽倒入侧卸式矿车里(图1)，再用JK-2.5×1.5型斜井提升机牵引出渣至洞外，在主洞与斜井交叉部位安置25立方大型临时储存转载仓(图2)，大型临时储存转载仓长14m，宽1.8m，堆渣高度2.8m，可堆渣方量25立方，当斜井侧卸卸矿车提升运输不及时，10吨电瓶运碴车或者12吨梭式矿车可将渣石暂时堆存在渣仓内，使得掌子面工作面炮渣先清除移开，DW1-31钻孔台车好进场开始打炮眼，后期混凝土衬砌可利用交叉处已扩大断面布置HBT60—13—90S混凝土输送泵(水平输送距离1280m)，回填斜坡与平段交界处形成2.5In高进料平台，混凝土熟料采用箕斗运输至进料平台后通过溜槽倒入混凝土输送泵配带的二次搅拌筒，再通过混凝土输送泵输送至仓面。

（3）大型临时储存转载仓+斜井大坡度运碴车+斜井无轨掘进运输方案：该方法主洞内采用ZWY-120/55L型装渣机装渣，主洞10吨电瓶运碴车运渣，在斜井开挖到平洞后继续按原坡度开挖形成一个斜凹槽（就是基坑）尺寸能放进斜井大坡度运碴车就是可以，斜井大坡度运碴车在该凹槽内等候装渣。基坑上停设25立方大型临时储存转载仓，10吨电瓶运碴车将主洞两头开挖的渣石运至卸载到大型临时储存转载仓，储存转载仓再卸载到斜井大坡度运碴车里(图1)，斜井大坡度运碴车直接运送出洞外，在主洞与斜井交叉部位安置25立方大型临时储存转载仓(图2)，大型临时储存转载仓长14m，宽1.8m，堆渣高度2.8m，可堆渣方量25立方，当斜井大坡度运碴车提升运输不及时，10吨电瓶运碴车可将渣石暂时堆存在渣仓内，使得掌子面工作面炮渣先清除移开，DW1-31钻孔台车好进场开始打炮眼，挂网喷浆支护同时进行。

（4）斜井非爆破施工无轨掘进运输方案+双臂串孔钻车+大型临时储存转载仓+斜井大坡度运碴车：掘进使用非爆破双臂串孔钻车掘进开挖，主洞内采用ZWY-120/55L型装渣机装渣，主洞10吨电瓶运碴车运渣，在斜井开挖到平洞后继续按原坡度开挖形成一个斜凹槽（就是基坑）尺寸能放进斜井大坡度运碴车就是可以，斜井大坡度运碴车在该凹槽内等候装渣。基坑上停设25立方大型临时储存转载仓，10吨电瓶运碴车将主洞两头开挖的渣石运至卸载到大型临时储存转载仓，储存转载仓再卸载到斜井大坡度运碴车里(图1)，斜井大坡度运碴车直接运送出洞外，在主洞与斜井交叉部位安置25立方大型临时储存转载仓(图2)，大型临时储存转载仓长14m，宽1.8m，堆渣高度2.8m，可堆渣方量25立方，当斜井大坡度运碴车提升运输不及时，10吨电瓶运碴车可将渣石暂时堆存在渣仓内，使得掌子面工作面炮渣先清除移开，双臂串孔钻车又进场开始掘进开挖，挂网喷浆支护同时进行。

方案施工能力分析：主洞上下游两个掌子面共用一个出渣通道，为充分利用斜井出渣设备的利用率，两个掌子面钻爆，出渣工序必须错开交叉进行，采用斜井箕斗+大型临时储存转载仓方案或者大型临时储存转载仓+斜井大坡度运碴车方案后，主洞运输出渣与斜井运输分开进行，又必须相互协调，但主洞内ZWY-120/55L型装渣机装渣电瓶运碴车运渣的速度明显比JK-2.5×1.5型斜井提升机斜井轨道运输快，设置了大型临时储存转载仓后可解决二种运输方式速度不协调的问题。可使斜井运输连续进行，又可在轨道或JK-2.5×1.5型斜井提升机故障时临时存放一个循环的渣量，保证掌子面钻爆施工不受影响，故主洞施工出渣效率的高低主要取决于斜井运输的生产能力。

开挖断面以主洞Ⅲ类围岩每延米16.9m为计算依据，松散系数考虑为1.6，JK-2.5×1.5型斜井提升机提升速度2.5m/s，出渣箕斗容量为6m3，装载量考虑行驶因素，平均每车装载4立方，斜井轨道长度632m，DW1-31钻孔台车钻2.7米深每循环爆破进尺实际以2m计，实方量为33.8m3，虚方量为54.1m。

1. 按日出渣能力计算每车循环出渣3.5m，用时：632m÷1.5m/s÷60min~2=14rain考虑到装渣，卸渣时间及不可预见的耽误时间，每车循环出渣3.5m3用时20rain；每小时可出渣60+20=3车，每小时出渣量为3.5m3/车×3车=10.5m3每天可出渣10.5m~24h=252m，根据施工进度要求，上下游主洞掘进进度应大于6m/d计算，每天应出渣量为：6x16.9x1.6=162m，考虑1.5倍的保证系数162m3x1.5=243m3<，252m3，斜井运输的生产能力可满足施工进度要求。
2. 按每循环出渣能力计算每循环钻孔2.7米放炮进尺最低2m共需车次：54.1m3÷3.5m3/车一16车次每小时可出渣3车，每循环进尺2m共需出渣时间:16车次÷3车=5.3h根据施工能力，每循环工序安排为钻爆时间为5—6h，排烟，除险时间为30分钟，出渣时间1.5小时，一个掌子面每循环各工序总用时4h(表1)，每天可施工3个循环4进尺，且出渣时间1.5h比钻爆时间2h少，可满足上下游两个掌子面钻爆，出渣工序必须错开交叉进行的要求，上下游二个掌子面可交叉进行，每个工作面生产能力4m/d，可满足施工进度要求。
3. 

(3)地面空气进入井下后，在气体种类和成分上都会发生一系列物理化学性质变化，化学成分变化不大的空气叫新风如工作面的空气；化学成分变化大的空气叫乏风如回风井口的空气。井下氧气不低于20%，井下二氧化碳浓度不能超过0.5%，井下一氧化碳最高浓度不能超过0.0024%，井下硫化物最高浓度不能超过0.00066%，井下二氧化硫最高浓度不能超过0.0005%，井下二氧化氮最高浓度不能超过0.00025%，井下氨气最高浓度不能超过0.004%，井下适宜湿度50-60%但井下都在80-90%，所以需要通过风速来调节，风速不能过低也不能过高，井下风速不能超过8m/s，不得小于1.5m/s；每人每分钟的新鲜风流空气不小于4立方； 定期撒布岩粉或者清除粉尘；降温空气温度不得超过35C必要时穿着冷却服；只有严格遵守以上规定才能确保矿井建设与生产的安全与效率。

通过以上施工能力分析比较，斜井主洞出渣应采用溜槽+渣仓的出渣方案。

5.1斜井出渣运输保证措施：

(1)大型临时储存转载仓堆放派专人指挥，确保自卸车运渣到凹槽上缘后大部分能通过溜槽直接倒入箕斗，不能直接倒入箕斗时有序堆放，以解决临时渣仓存渣压力。

(2)为减少出渣时间，在每循环响炮前出渣设备必须全部准备到位，在掌子面炮响排烟以后装渣机出渣设备在最短的时间内到达掌子面进行出渣作业，尽量减少耽搁时间。

(3)在主洞施工期间，每200米设置一错车道，以满足电瓶运碴车错车需要，减少错车时间，提高出渣效率。

(4)加大设备的保养和维护力度，确保扒渣机电瓶运碴车出渣设备正常运转。

(5)主洞内及时排水，做到洞内路面无积水，200米设置临时水仓水窝也好，斜井平巷交叉口设置中央水仓，使用高浓度高扬程高耐磨排沙清淤泵直接排送到洞外。派专人及时清理洞内外出渣道路，避免妨碍车辆通行。

(6)渣场弃渣堆放派专人指挥，确保工程农用车车辆倒渣有序进行。

(7)定期平整弃渣场地，保证渣场内场地平整，出渣车辆倒渣不受影响。

(8)加强通风排烟，必要时使用压人式对旋轴流式局部通风机与抽出式对旋轴流式局部通风机混合联合通风、除尘、降温、除潮湿。增加视线通视性，及时排除安全隐患。

5.2安全保证措施

(1)斜井与主洞交叉处设计开挖宽度为4m，采用本方案时为保证出渣和进料需要，在交叉处需布设2条轨道，开挖宽度为6m，对洞室交叉处围岩稳定将产生不利影响；该处洞室交叉的Ⅲ类围岩稳定条件与本工程避车洞(宽10m，深6m)围岩稳定条件相似，施工时拟在原设计支护参数的基础上加大圆弧段钢支掌面积（工16钢架加大为工18钢架），加长锚杆长度至35o0mm，并加强交叉处围岩变形观测，当发现围岩变形异常时及时加强支护措施。

(2)斜井与主洞交叉处空间小运输车辆较多，安全管理任务较重，施工时拟在上下游主洞距交叉处30m部位各开挖一个10mx5m避车洞，出渣时只容许一部电瓶运碴车车辆在交叉处运行，其他电瓶运碴车车辆均在避车洞停放，减少避车洞交通压力；并在交叉口开挖一个2mx3mx2m值班洞，专人24h值班，做好指挥工作和与洞外掌子面的联系，确保施工安全。

(3)在斜井与主洞交叉处布置多方位监控探头，以利于JK-2.5×1.5型斜井提升机操作手随时掌握洞内施工情况，确保施工安全。

(4)洞内安装电铃和电话，保证洞内外通讯畅通。

(5)加强对施工机械的保养和检修，如使用方案2的尤其是JK-2.5×1.5型斜井提升机钢丝绳的检查保养。

(6)加强现有安全管理制度和各安全措施的落实和执行力度，确保施工安全。

6结语，隧洞矿井大多数为长大深埋隧洞，地质条件复杂，工期长，施工难度大，特别是对于工期长，难度大的斜井施工隧洞矿井，开挖出渣方式的选择直接决定了工程的施工进度和造价。本工程根据现场实际特点，斜井主洞出渣选择经济合理的溜槽+渣仓的方案，不仅能使本工程的工期满足要求，而且能安全优质地保证施工的顺利进行。