長大隧道礦井斜井出渣方案：斜井是全線坡度最大的支洞，長大隧道礦井斜井支洞輔助出渣方案是該斜井下游主洞的工期為關(guān)鍵線路，斜井出渣效率直接制約主洞的施工進(jìn)度，故出渣方案的選擇是控制施工工期的重點(diǎn)。在隧洞礦井施工中采取經(jīng)濟(jì)合理的出渣方案，安全高效低成本運(yùn)行優(yōu)質(zhì)地保證施工的順利進(jìn)行。在長隧道施工中，設(shè)置斜井以增加工作面，縮短工期，但會增加運(yùn)輸成本和修建井的投入。
工程概況：大型隧道礦井輸水等工程，該工程線路總長201.32km。隧洞工程隸屬于隧道礦井西段工程，采用無壓洞，其總長14.11km。主洞為城門洞型斷面，隧洞斷面尺寸為3.20×3.58m。斜井主洞室開挖施工概述及問題的提出：
斜井總長602.26km，坡度i=42.02%（傾角為25.2度）設(shè)計(jì)凈斷面為4.0×4.0m，城門洞形，高差222.62m.綜合坡度42.28%，承擔(dān)主洞施工任務(wù)1823m，其中上游900m，下游923m。
斜井下游主洞開挖為關(guān)鍵線路工程，合同總長度923m，原計(jì)劃掘進(jìn)施工強(qiáng)度為2m/d，總工期452d。根據(jù)開工后的施工進(jìn)度，斜井按原施工進(jìn)度計(jì)劃剩余工期345d，扣除節(jié)假日，自然因素及不可預(yù)見等不利因素，剩余工期280天。923m/280d=3.29m/d，下游主洞掘進(jìn)強(qiáng)度不少于4m/d才能保證施工總進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為保證施工總進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，上下游主洞掘進(jìn)進(jìn)度應(yīng)大于8m/d，斜井長且坡度大，施工出渣效率的高低是制約施工進(jìn)度的關(guān)鍵，出渣方案的選擇極其重要，有效合理地選擇斜井大傾角出渣方案，才能保證本工程的計(jì)劃能順利完成。
斜井出渣方案選擇：根據(jù)主洞掘進(jìn)強(qiáng)度計(jì)劃，原施工組織設(shè)計(jì)擬定的主洞有軌方案已不能滿足施工掘進(jìn)強(qiáng)度要求，需采用高效出渣方案才能滿足8m/d的施工掘進(jìn)強(qiáng)度要求，為保證掘進(jìn)施工強(qiáng)度要求，有以下四種大坡度大傾角斜井掘進(jìn)運(yùn)輸方案可供選擇：
(1)斜井曲軌側(cè)卸式礦車有軌掘進(jìn)運(yùn)輸方案：該方法主洞內(nèi)采用ZWY-120/55L型裝渣機(jī)，然后10噸電瓶運(yùn)碴車從主洞行進(jìn)到斜井平臺側(cè)卸式礦車上，再用XK-6/6曲軌側(cè)卸式礦車或者通過斜井洞口的JK-2.5×1.5型斜井提升機(jī)牽引，通過有軌運(yùn)輸方式運(yùn)送卸載到農(nóng)用車到斜井口，最后農(nóng)用車直接開往棄渣場完成渣料運(yùn)送，該方案實(shí)現(xiàn)了主洞、斜井、洞外出渣一條龍作業(yè)，2次倒運(yùn)，減少了二次裝渣，可大大加快施工進(jìn)度。但掘進(jìn)工作面炮渣不能及時(shí)清除，因?yàn)檫\(yùn)輸距離長，斜井提升量和速度有限，造成出渣時(shí)間太長，不能平行作業(yè)，因此該方案運(yùn)輸工作時(shí)間長，不能滿足施工要求。
(2)斜井箕斗+大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉+K-2.5×1.5型斜井提升機(jī)+斜井有軌掘進(jìn)運(yùn)輸方案：該方法主洞內(nèi)采用ZWY-120/55L型裝渣機(jī)裝渣，主洞10噸電瓶運(yùn)碴車或者ST-12/6梭式礦車運(yùn)渣，在斜井開挖到平洞后繼續(xù)按原坡度開挖形成一個(gè)斜凹槽（就是基坑）尺寸能放進(jìn)6立方曲軌側(cè)卸式礦車就是可以，礦車在該凹槽內(nèi)等候裝渣?；由贤ＴO(shè)25立方大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉，12立方梭式礦車將主洞兩頭開挖的渣石運(yùn)至卸載到大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉，通過溜槽倒入側(cè)卸式礦車?yán)?/span>(圖1)，再用JK-2.5×1.5型斜井提升機(jī)牽引出渣至洞外，在主洞與斜井交叉部位安置25立方大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉(圖2)，大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉長14m，寬1.8m，堆渣高度2.8m，可堆渣方量25立方，當(dāng)斜井側(cè)卸卸礦車提升運(yùn)輸不及時(shí)，10噸電瓶運(yùn)碴車或者12噸梭式礦車可將渣石暫時(shí)堆存在渣倉內(nèi)，使得掌子面工作面炮渣先清除移開，DW1-31鉆孔臺車好進(jìn)場開始打炮眼，后期混凝土襯砌可利用交叉處已擴(kuò)大斷面布置HBT60—13—90S混凝土輸送泵(水平輸送距離1280m)，回填斜坡與平段交界處形成2.5In高進(jìn)料平臺，混凝土熟料采用箕斗運(yùn)輸至進(jìn)料平臺后通過溜槽倒入混凝土輸送泵配帶的二次攪拌筒，再通過混凝土輸送泵輸送至倉面。
（3）大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉+斜井大坡度運(yùn)碴車+斜井無軌掘進(jìn)運(yùn)輸方案：該方法主洞內(nèi)采用ZWY-120/55L型裝渣機(jī)裝渣，主洞10噸電瓶運(yùn)碴車運(yùn)渣，在斜井開挖到平洞后繼續(xù)按原坡度開挖形成一個(gè)斜凹槽（就是基坑）尺寸能放進(jìn)斜井大坡度運(yùn)碴車就是可以，斜井大坡度運(yùn)碴車在該凹槽內(nèi)等候裝渣。基坑上停設(shè)25立方大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉，10噸電瓶運(yùn)碴車將主洞兩頭開挖的渣石運(yùn)至卸載到大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉，儲存轉(zhuǎn)載倉再卸載到斜井大坡度運(yùn)碴車里(圖1)，斜井大坡度運(yùn)碴車直接運(yùn)送出洞外，在主洞與斜井交叉部位安置25立方大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉(圖2)，大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉長14m，寬1.8m，堆渣高度2.8m，可堆渣方量25立方，當(dāng)斜井大坡度運(yùn)碴車提升運(yùn)輸不及時(shí)，10噸電瓶運(yùn)碴車可將渣石暫時(shí)堆存在渣倉內(nèi)，使得掌子面工作面炮渣先清除移開，DW1-31鉆孔臺車好進(jìn)場開始打炮眼，掛網(wǎng)噴漿支護(hù)同時(shí)進(jìn)行。
（4）斜井非爆破施工無軌掘進(jìn)運(yùn)輸方案+雙臂串孔鉆車+大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉+斜井大坡度運(yùn)碴車：掘進(jìn)使用非爆破雙臂串孔鉆車掘進(jìn)開挖，主洞內(nèi)采用ZWY-120/55L型裝渣機(jī)裝渣，主洞10噸電瓶運(yùn)碴車運(yùn)渣，在斜井開挖到平洞后繼續(xù)按原坡度開挖形成一個(gè)斜凹槽（就是基坑）尺寸能放進(jìn)斜井大坡度運(yùn)碴車就是可以，斜井大坡度運(yùn)碴車在該凹槽內(nèi)等候裝渣。基坑上停設(shè)25立方大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉，10噸電瓶運(yùn)碴車將主洞兩頭開挖的渣石運(yùn)至卸載到大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉，儲存轉(zhuǎn)載倉再卸載到斜井大坡度運(yùn)碴車里(圖1)，斜井大坡度運(yùn)碴車直接運(yùn)送出洞外，在主洞與斜井交叉部位安置25立方大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉(圖2)，大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉長14m，寬1.8m，堆渣高度2.8m，可堆渣方量25立方，當(dāng)斜井大坡度運(yùn)碴車提升運(yùn)輸不及時(shí)，10噸電瓶運(yùn)碴車可將渣石暫時(shí)堆存在渣倉內(nèi)，使得掌子面工作面炮渣先清除移開，雙臂串孔鉆車又進(jìn)場開始掘進(jìn)開挖，掛網(wǎng)噴漿支護(hù)同時(shí)進(jìn)行。
方案施工能力分析：主洞上下游兩個(gè)掌子面共用一個(gè)出渣通道，為充分利用斜井出渣設(shè)備的利用率，兩個(gè)掌子面鉆爆，出渣工序必須錯(cuò)開交叉進(jìn)行，采用斜井箕斗+大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉方案或者大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉+斜井大坡度運(yùn)碴車方案后，主洞運(yùn)輸出渣與斜井運(yùn)輸分開進(jìn)行，又必須相互協(xié)調(diào)，但主洞內(nèi)ZWY-120/55L型裝渣機(jī)裝渣電瓶運(yùn)碴車運(yùn)渣的速度明顯比JK-2.5×1.5型斜井提升機(jī)斜井軌道運(yùn)輸快，設(shè)置了大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉后可解決二種運(yùn)輸方式速度不協(xié)調(diào)的問題。可使斜井運(yùn)輸連續(xù)進(jìn)行，又可在軌道或JK-2.5×1.5型斜井提升機(jī)故障時(shí)臨時(shí)存放一個(gè)循環(huán)的渣量，保證掌子面鉆爆施工不受影響，故主洞施工出渣效率的高低主要取決于斜井運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)能力。
開挖斷面以主洞Ⅲ類圍巖每延米16.9m為計(jì)算依據(jù)，松散系數(shù)考慮為1.6，JK-2.5×1.5型斜井提升機(jī)提升速度2.5m/s，出渣箕斗容量為6m3，裝載量考慮行駛因素，平均每車裝載4立方，斜井軌道長度632m，DW1-31鉆孔臺車鉆2.7米深每循環(huán)爆破進(jìn)尺實(shí)際以2m計(jì)，實(shí)方量為33.8m3，虛方量為54.1m。
(1)按日出渣能力計(jì)算每車循環(huán)出渣3.5m，用時(shí)：632m÷1.5m/s÷60min~2=14rain考慮到裝渣，卸渣時(shí)間及不可預(yù)見的耽誤時(shí)間，每車循環(huán)出渣3.5m3用時(shí)20rain；每小時(shí)可出渣60+20=3車，每小時(shí)出渣量為3.5m3/車×3車=10.5m3每天可出渣10.5m~24h=252m，根據(jù)施工進(jìn)度要求，上下游主洞掘進(jìn)進(jìn)度應(yīng)大于6m/d計(jì)算，每天應(yīng)出渣量為：6x16.9x1.6=162m，考慮1.5倍的保證系數(shù)162m3x1.5=243m3<，252m3，斜井運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)能力可滿足施工進(jìn)度要求。
(2)按每循環(huán)出渣能力計(jì)算每循環(huán)鉆孔2.7米放炮進(jìn)尺最低2m共需車次：54.1m3÷3.5m3/車一16車次每小時(shí)可出渣3車，每循環(huán)進(jìn)尺2m共需出渣時(shí)間:16車次÷3車=5.3h根據(jù)施工能力，每循環(huán)工序安排為鉆爆時(shí)間為5—6h，排煙，除險(xiǎn)時(shí)間為30分鐘，出渣時(shí)間1.5小時(shí)，一個(gè)掌子面每循環(huán)各工序總用時(shí)4h(表1)，每天可施工3個(gè)循環(huán)4進(jìn)尺，且出渣時(shí)間1.5h比鉆爆時(shí)間2h少，可滿足上下游兩個(gè)掌子面鉆爆，出渣工序必須錯(cuò)開交叉進(jìn)行的要求，上下游二個(gè)掌子面可交叉進(jìn)行，每個(gè)工作面生產(chǎn)能力4m/d，可滿足施工進(jìn)度要求。
(3)地面空氣進(jìn)入井下后，在氣體種類和成分上都會發(fā)生一系列物理化學(xué)性質(zhì)變化，化學(xué)成分變化不大的空氣叫新風(fēng)如工作面的空氣；化學(xué)成分變化大的空氣叫乏風(fēng)如回風(fēng)井口的空氣。井下氧氣不低于20%，井下二氧化碳濃度不能超過0.5%，井下一氧化碳最高濃度不能超過0.0024%，井下硫化物最高濃度不能超過0.00066%，井下二氧化硫最高濃度不能超過0.0005%，井下二氧化氮最高濃度不能超過0.00025%，井下氨氣最高濃度不能超過0.004%，井下適宜濕度50-60%但井下都在80-90%，所以需要通過風(fēng)速來調(diào)節(jié)，風(fēng)速不能過低也不能過高，井下風(fēng)速不能超過8m/s，不得小于1.5m/s；每人每分鐘的新鮮風(fēng)流空氣不小于4立方； 定期撒布巖粉或者清除粉塵；降溫空氣溫度不得超過35C必要時(shí)穿著冷卻服；只有嚴(yán)格遵守以上規(guī)定才能確保礦井建設(shè)與生產(chǎn)的安全與效率。
通過以上施工能力分析比較，斜井主洞出渣應(yīng)采用溜槽+渣倉的出渣方案。
5.1斜井出渣運(yùn)輸保證措施：
(1)大型臨時(shí)儲存轉(zhuǎn)載倉堆放派專人指揮，確保自卸車運(yùn)渣到凹槽上緣后大部分能通過溜槽直接倒入箕斗，不能直接倒入箕斗時(shí)有序堆放，以解決臨時(shí)渣倉存渣壓力。
(2)為減少出渣時(shí)間，在每循環(huán)響炮前出渣設(shè)備必須全部準(zhǔn)備到位，在掌子面炮響排煙以后裝渣機(jī)出渣設(shè)備在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)掌子面進(jìn)行出渣作業(yè)，盡量減少耽擱時(shí)間。
(3)在主洞施工期間，每200米設(shè)置一錯(cuò)車道，以滿足電瓶運(yùn)碴車錯(cuò)車需要，減少錯(cuò)車時(shí)間，提高出渣效率。
(4)加大設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)力度，確保扒渣機(jī)電瓶運(yùn)碴車出渣設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
(5)主洞內(nèi)及時(shí)排水，做到洞內(nèi)路面無積水，200米設(shè)置臨時(shí)水倉水窩也好，斜井平巷交叉口設(shè)置中央水倉，使用高濃度高揚(yáng)程高耐磨排沙清淤泵直接排送到洞外。派專人及時(shí)清理洞內(nèi)外出渣道路，避免妨礙車輛通行。
(6)渣場棄渣堆放派專人指揮，確保工程農(nóng)用車車輛倒渣有序進(jìn)行。
(7)定期平整棄渣場地，保證渣場內(nèi)場地平整，出渣車輛倒渣不受影響。
(8)加強(qiáng)通風(fēng)排煙，必要時(shí)使用壓人式對旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)與抽出式對旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)混合聯(lián)合通風(fēng)、除塵、降溫、除潮濕。增加視線通視性，及時(shí)排除安全隱患。
5.2安全保證措施
(1)斜井與主洞交叉處設(shè)計(jì)開挖寬度為4m，采用本方案時(shí)為保證出渣和進(jìn)料需要，在交叉處需布設(shè)2條軌道，開挖寬度為6m，對洞室交叉處圍巖穩(wěn)定將產(chǎn)生不利影響；該處洞室交叉的Ⅲ類圍巖穩(wěn)定條件與本工程避車洞(寬10m，深6m)圍巖穩(wěn)定條件相似，施工時(shí)擬在原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上加大圓弧段鋼支掌面積（工16鋼架加大為工18鋼架），加長錨桿長度至35o0mm，并加強(qiáng)交叉處圍巖變形觀測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圍巖變形異常時(shí)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)措施。
(2)斜井與主洞交叉處空間小運(yùn)輸車輛較多，安全管理任務(wù)較重，施工時(shí)擬在上下游主洞距交叉處30m部位各開挖一個(gè)10mx5m避車洞，出渣時(shí)只容許一部電瓶運(yùn)碴車車輛在交叉處運(yùn)行，其他電瓶運(yùn)碴車車輛均在避車洞停放，減少避車洞交通壓力；并在交叉口開挖一個(gè)2mx3mx2m值班洞，專人24h值班，做好指揮工作和與洞外掌子面的聯(lián)系，確保施工安全。
(3)在斜井與主洞交叉處布置多方位監(jiān)控探頭，以利于JK-2.5×1.5型斜井提升機(jī)操作手隨時(shí)掌握洞內(nèi)施工情況，確保施工安全。
(4)洞內(nèi)安裝電鈴和電話，保證洞內(nèi)外通訊暢通。
(5)加強(qiáng)對施工機(jī)械的保養(yǎng)和檢修，如使用方案2的尤其是JK-2.5×1.5型斜井提升機(jī)鋼絲繩的檢查保養(yǎng)。
(6)加強(qiáng)現(xiàn)有安全管理制度和各安全措施的落實(shí)和執(zhí)行力度，確保施工安全。
6結(jié)語，隧洞礦井大多數(shù)為長大深埋隧洞，地質(zhì)條件復(fù)雜，工期長，施工難度大，特別是對于工期長，難度大的斜井施工隧洞礦井，開挖出渣方式的選擇直接決定了工程的施工進(jìn)度和造價(jià)。本工程根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際特點(diǎn)，斜井主洞出渣選擇經(jīng)濟(jì)合理的溜槽+渣倉的方案，不僅能使本工程的工期滿足要求，而且能安全優(yōu)質(zhì)地保證施工的順利進(jìn)行。
