一种斜坡道扩建期的硐室结构及施工方法与流程

本发明属于矿山建设技术领域，更具体地说，涉及一种斜坡道扩建期的硐室结构及施工方法。

背景技术：

传统的大部分地下矿山都是竖井开拓，人员、材料和物资均通过副井下达到井下各个位置，从地下采出的矿石则通过主井再提升到地面，立井井筒是地下矿山的唯一安全通道，使得人员和材料的运输极为麻烦。目前，大部分地下矿山均会设置直通地表的斜坡道，虽然斜坡道存在工程量大、施工周期长、造价高的缺点，但是其能够从地表直通到井下各个位置，有利于人员和材料的运输，极大提升效率、效益，更是井下逃生的最可靠安全通道。

矿业开采经过几十年的艰苦发展，可供开采的地下开采条件也变得越来越复杂，尤其是水文地质条件，给矿山基建和生产带来相当大的难题。近年来，时常发生矿山突水事件，造成了巨大的财产损失和生命安全。目前，国内大部分地下矿山都要分期建设和分期生产，因此对于正处于生产中的地下矿山来说，斜坡道扩建施工过程中的防治水就显得尤加重要，如果没有强有力可靠的保障措施，一旦连通了含水层中的水，将会引起大矿井水灾，造成巨大损失。

一般情况下，地下矿山在基建井巷工程全部完成后，会在最低水平的运输巷道内设置防水闸门硐室，硐室内设置前后贯穿的用于运输的硐室通道。硐室通过直接浇铸在围岩上的混凝土形成，一般来说，为了保证硐室墙体的结构稳定，其在围岩中会采用锲形结构，从而在发生水灾时为防水闸门硐室提供足够的缓冲力，提高防水闸门硐室的防水能力。但是，在锲形围岩中浇铸混凝土时，混凝土很难与顶部围岩密实地连接在一起，难以形成密闭的抗剪切压力墙体，从而降低防水闸门硐室的抗冲击能力。尤其是，挖掘锲形结构的围岩和在锲形结构中浇铸混凝土墙体时，由于锲形结构的复杂性，使得整体工程量和施工劳动强度极大，极大地增加了施工成本。

如中国专利申请号为：cn201811224361.9，公开日为：2019年2月12日的专利文献，公开了一种矿山井下防水闸门硐室排水沟止水装置，该装置设置于防水闸门硐室排水沟处，所述止水装置包括：第一管道，该第一管道预埋于防水闸门承力墙内，所述第一管道连接防水闸门两侧的排水沟；第二管道，该第二管道设置于防水闸门硐室内排水沟内，所述第二管道与所述第一管道之间通过阀门连接。从图中可以明显看出，该硐室墙体即是以锲形结构在围岩中浇铸成型。

又如中国专利申请号为：cn201811198720.8，公开日为：2019年2月12日的专利文献，公开了一种矿山井下防水闸门硐室辅助排水装置，包括：第一管道，该第一管道预埋在防水闸门硐室的承重墙内，第一管道斜向设置；集水池，该集水池位于防水闸门硐室内，并设置于第一管道的下方；第一阀门，该第一阀门设置于第一管道上，通过第一阀门的开启或关闭控制第一管道的连通或闭合。

上述两个方案均是有关于矿山井下防水闸门硐室的方案，虽然两个方案的说明书中并没有对硐室墙体结构进行描述，但是从二者的说明书附图中可以明显看出，二者的硐室墙体均是以锲形结构在围岩中浇铸成型，因此，二者均存在前面提到的锲形硐室墙体所存在的问题。现有技术中虽然也存在非锲形结构的防水闸门硐室墙体，但是这种硐室墙体很难具备高强度的结构，在发生水灾时的抗冲击能力并不强。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有的地下矿山在扩建期的防水闸门硐室的墙体结构并不理想的问题，本发明提供一种斜坡道扩建期的硐室结构，其取代常规防水闸门硐室采用的锲形墙体结构，在减少施工量、施工强度和施工成本的基础上，具备较佳的抗剪切力和抗摩擦力，防水能力极佳。

本发明还提供一种斜坡道扩建期的硐室施工方法，其能够建设出强度较高的硐室结构，且整体工艺施工方便，施工成本较低。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种斜坡道扩建期的硐室结构，包括围岩，所述围岩具有斜坡道，所述斜坡道内设有沿斜坡道的长度方向延伸的硐室墙体，所述硐室墙体与围岩固定连接，硐室墙体内设有硐室通道，硐室通道的内侧端部装有防水闸门，所述硐室墙体的外侧面为拱形结构，其内设有锚入围岩中的钢轨。

作为技术方案的进一步改进，所述硐室墙体上沿其长度方向设有多组钢轨，每组钢轨具有至少8根；每根钢轨锚入围岩中的长度不低于1000mm，伸入硐室墙体内的长度不低于500mm。

作为技术方案的进一步改进，所述硐室墙体上沿其长度方向设有多组锚入围岩的锚杆。

作为技术方案的进一步改进，所述硐室墙体的底部设有排水管道；所述排水管道的外侧端连接排水沟，其内侧端的斜坡道底部设有沉淀池。

作为技术方案的进一步改进，所述排水管道外侧端伸出硐室墙体的部分装有高压阀。

作为技术方案的进一步改进，所述硐室墙体的上部装有通风管道；所述通风管道的内侧端连通斜坡道内部，其外侧端连接风机。

作为技术方案的进一步改进，所述硐室墙体内沿其长度方向设有纵向钢筋，沿其周向设有与纵向钢筋交叉布置的环形钢筋，所述纵向钢筋和环形钢筋通过拉结筋连接。

作为技术方案的进一步改进，所述防水闸门具有两扇，两扇防水闸门分别与硐室通道内侧端部的两侧铰接连接，并能够将硐室通道封闭。

作为技术方案的进一步改进，所述硐室墙体内沿其长度方向设有钢套筒。

一种斜坡道扩建期的硐室施工方法，包括以下步骤：

s1、在围岩中挖掘出斜坡道；

s2、选定硐室位置，在围岩面上安装钢轨和锚杆，在斜坡道底部安装排水管道并浇铸混凝土；

s3、安装防水闸门门框，浇铸硐室下部混凝土；

s4、绑扎硐室两侧的纵向钢筋、环形钢筋和拉结筋，支撑两侧墙体模板并浇铸混凝土；

s5、在硐室上部安装通风管道；

s6、绑扎硐室上部的纵向钢筋、环形钢筋和拉结筋，支撑上部墙体模板并浇铸混凝土；

s7、在防水防水闸门门框安装防水闸门；

s8、在排水管道的外侧端伸出硐室墙体的部分安装高压阀；

s9、使通风管道的外端连接风机。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明一种斜坡道扩建期的硐室结构，在硐室墙体上设有锚入围岩中的大型钢轨，有效地加强了硐室墙体与围岩的连接强度，使得硐室即使不采用锲形墙体结构也可以具备较高的抗冲击能力，从而取代现有的锲形硐室墙体结构，减少施工量和施工强度，降低施工成本；

(2)本发明一种斜坡道扩建期的硐室结构，在硐室墙体上设有多组尺寸较小的锚入围岩的锚杆，能够加强硐室墙体与围岩的连接强度，提高硐室结构的整体稳定性和抗冲击能力；

(3)本发明一种斜坡道扩建期的硐室结构，硐室底部设有排水管道且排水管道的两端分别连通沉淀池和排水沟，使得扩建过程中，斜坡道内部的积水能够顺利地从排水管道中流出，保证斜坡道的正常扩建挖掘工作稳定持续进行；

(4)本发明一种斜坡道扩建期的硐室结构，在硐室上部设有通风管道，能够加速斜坡道内的空气流通，将斜坡道内的有害气体排出，保证工作人员的身体健康，且通风管道设置在硐室上部，相比较常规的在硐室通道或其余位置设置风机或通风管道，其安装结构更加合理，不会对硐室通道的运输工作造成影响；

(5)本发明一种斜坡道扩建期的硐室结构，在硐室墙体内部设有结构布置合理的钢筋结构和钢套筒，有效地提高了硐室墙体的整体强度，加强了硐室结构的整体稳定性和抗冲击性能；

(6)本发明一种斜坡道扩建期的硐室结构，其防水闸门具有两扇，两扇防水闸门分别与硐室墙体内侧端部的两侧铰接连接，并能够将硐室通道封闭，其取代传统的单扇门结构，每扇门的重量大大降低，方便运输和安装，且发生水灾时能够迅速封闭硐室通道，安全性能大大增加；

(7)本发明一种斜坡道扩建期的硐室结构，通过在稳定围岩中设置钢筋混凝土硐室、在混凝土硐室中上部设置通风管道、底部设置排水管道结构、在硐室通道的内侧端设置防水闸门、在通风管道内侧端设置风筒防水盖板、在排水管道的外侧端设置高压阀，能够形成硐室的整体的密闭抗冲击性能，确保斜坡道掘进过程中能防控大的突发涌水，同时不会影响斜坡道的正常掘进，确保斜坡道掘进过程中的安全，相比较传统的锲形硐室墙体，结构简单、可靠，极大的降低了施工成本；

(8)本发明一种斜坡道扩建期的硐室施工方法，能够建设出上述强度较高、具备较佳防水能力和通风能力的硐室结构，且整体工艺施工方便，施工成本较低。

附图说明

图1为硐室结构的俯视剖面图；

图2为硐室结构的主视剖面图；

图3为硐室结构钢轨所在位置的侧视断面图；

图4为硐室结构钢筋所在位置的侧视断面图；

图5为硐室结构锚杆所在位置的侧视断面图；

图6为纵向钢筋、环形钢筋和拉结筋的安装示意图；

图中：1、围岩；2、斜坡道；3、硐室墙体；4、硐室通道；5、钢轨；6、锚杆；7、排水管道；8、排水沟；9、沉淀池；10、通风管道；11、高压阀；12、纵向钢筋；13、环形钢筋；14、拉结筋；15、防水闸门；16、钢套筒。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种斜坡道扩建期的硐室结构，其主要用于地下矿山的斜坡道进行扩建时，发生突发性甬水时将斜坡道封闭，避免水灾对斜坡道外部结构以及工作人员造成过大的危害，下面对该硐室结构的具体结构和工作原理进行详细描述。

如图1至图6所示，该硐室结构主要包括围岩1、斜坡道2、硐室墙体3、钢轨5、锚杆6、排水管道7和通风管道10。其中，围岩1属于斜坡道2周围的自然环境，通过在围岩中挖掘形成斜坡道2。硐室墙体3设置在斜坡道2内并沿斜坡道2的长度方向延伸，其外侧面与围岩1固定连接，形成密封结构。硐室墙体3内设有用于运输的硐室通道4，硐室通道4的内侧端连通斜坡道2的内部，其外侧端连通斜坡道2的外部，硐室通道4的内侧端部装有用于封闭硐室通道4的防水闸门15。本实施例中，硐室墙体3设置在距掘进迎头即斜坡道2的预定挖掘末端不少于50m以外的位置，其长度不少于7m，侧部和上部厚度不小于600mm，下部厚度不小于300mm，采用的混凝土等级不小于c35；硐室通道4的宽不小于2800mm，高不小于2600mm，长度与硐室墙体3保持一致。

钢轨5和锚杆6均为设置在硐室墙体3上，锚入围岩1中用于加强硐室墙体3与围岩1的连接强度的部件，但二者在实际结构上具有较大差别，使得二者的实际施工过程也不一样，这一点从二者的命名就可以明显看出。具体的，硐室墙体3上沿其长度方向设有至少4组钢轨5，每组钢轨5具有至少8根，每根钢轨5锚入围岩1中的长度不低于1000mm，伸入硐室墙体3内的长度不低于500mm。硐室墙体3上沿其长度方向设有至少8组锚杆6，每组不少于8根，每根锚杆6的直径不小于22mm，长度不小于2250mm，本实施例采用高性能螺纹钢树脂锚杆。本实施例通过设置这种重型钢轨5，使得硐室即使不采用锲形墙体结构也可以具备较高的抗冲击能力，从而取代现有的锲形硐室墙体结构，减少施工量和施工强度，降低施工成本。因此，本实施例的硐室墙体3与围岩直接接触的外侧面设置为更加容易挖掘和浇铸成型的拱形结构。

但是，斜坡道2中的硐室在施工时，还需要保证斜坡道2内的空气流通和积水的排出，保证斜坡道2的正常扩建挖掘工作稳定持续进行。而现有的底下硐室结构中，通风管道和排水管道部分会设置在硐室通道4内或在围岩1中挖掘额外的单独通道。当设置在硐室通道4内会对运输工作造成影响，并对防水闸门15关闭时的硐室整体密闭性能造成影响；而在围岩1中挖掘额外的单独通道则会增加施工量，同时也会降低硐室结构的整体抗冲击性能和抗剪切性能，降低防水能力。

针对上述问题，本实施例的通风管道10和排水管道7的布置形式如下。硐室墙体3的底部两侧分别开设有一条沿斜坡道7的长度方向延伸的凹槽，排水管道7设置在凹槽内，凹槽通过浇铸混凝土与硐室墙体3一体成型，整体强度较高。排水管道7的内外两端分别连通斜坡道2的内部和外部，具体的，其内侧端的斜坡道2底部设有沉淀池9，其外侧端的斜坡道2底部则设有排水沟8，排管管道7的内外两端分别连通沉淀池9和排水沟8。斜坡道2内部的积水在沉淀池9中积累至一定深度后，即可通过排水管道7排放至排水沟8，从而避免斜坡道2内部积水。而为了控制排水管道7的工作，防止突发性甬水时从排水管道7中喷出大量的水，本实施例在排水管道7外侧端伸出硐室墙体3的部分装有控制排水管道7开启和关闭的高压阀11，发生突发性甬水时能够先关闭高压阀11，疏水时再缓慢打开高压阀11排水。本实施例中，排水管道7的长度为在硐室通道4长度的基础上前后段各加长2000mm，直径不小于300mm，高压阀11承受与防水闸门15同等的压力。

通风管道10沿硐室墙体3的长度方向设置在硐室墙体3的上部，其内侧端部安装有连通斜坡道2内部的软风筒，其外侧端部则安装有连接外部风机的软风筒。本实施例中，通风管道10具有两个，沿硐室墙体3的宽边上的中部对称设置在硐室墙体3的上部，两个通风管道10分别连接一个风机，风机根据实际工况可以分别采用两个吹风机同时向斜坡道2内送新风，或者采用一台吹风机送新风，另一台抽风机抽污风的形式，加速斜坡道的空气流通，提高空气净化效果。通风管道10内侧与软风筒连接的端部装有防水盖板，具备较佳的防水能力，能够提高通风管道10的使用寿命。而通风管道10设置在硐室墙体3的上部，既不会硐室通道4的运输工作造成影响，又可以在硐室墙体3通过混凝土浇铸成型时保证硐室结构的密封性，形成完善的抗水密封结构，不会降低硐室结构的抗冲击性和防水能力。本实施例中，通风管道10为刚性材料制备，其长度为在硐室通道4的长度的基础上前后端各加长1000mm，直径不小于800mm，风筒厚度不小于6mm。

而从硐室结构的整体上来说，其通过在稳定围岩1中设置钢筋混凝土硐室、在混凝土硐室中上部设置通风管道10、底部设置排水管道7结构、在硐室通道4的内侧端设置防水闸门15、在通风管道10的内侧端设置风筒防水盖板、在排水管道7的外侧端设置高压阀11，能够形成硐室的整体的密闭抗冲击性能，确保斜坡道掘进过程中能防控大的突发涌水，同时不会影响斜坡道的正常掘进，确保斜坡道掘进过程中的安全。因此，相比较传统的锲形硐室墙体，本实施例可以将硐室墙体3的外侧面设置成更加容易施工的拱形结构，结构简单、可靠，极大的降低了施工成本。

需要说明的是，硐室墙体3的自身的强度对于硐室结构的整体抗剪切力性能和抗冲击力性能的提升也是十分重要的，而本实施例通过在硐室墙体3内设置独特的钢筋结构，大大提升了硐室墙体3的强度，同时也使得其进行墙体浇铸成型时的施工更加方便。具体的，硐室墙体3的下部沿硐室墙体3的宽度方向设有下部横向钢筋，沿其长度方向则设有纵向钢筋12，沿其周向设有与纵向钢筋12和下部横向钢筋交叉布置的环形钢筋13，纵向钢筋12和环形钢筋13通过拉结筋14连接。同时，在硐室墙体3的两侧对称设有沿其长度方向延伸的钢套筒16。通过这种钢筋结构和设置钢套筒16，有效地提高了硐室墙体3的整体强度，加强了硐室结构的整体稳定性和抗冲击性能。

值得一提的是，本实施例的防水闸门15具有两扇，两扇防水闸门15分别与硐室通道4内侧端的相对的两个侧边铰接连接，并能够沿铰接点转动。当两扇防水闸门15向硐室通道4的中部转动时，两扇防水闸门15接触的地方能够密闭拼合在一起，将硐室通道4封闭，防止水流入硐室通道4。传统的单扇门的重要极大，安装不便，关闭较为缓慢，很难在发生突发性甬水时迅速封闭硐室通道4。而本实施例的防水闸门15取代传统的单扇门结构，每扇门的重量大大降低，方便运输和安装，且发生水灾时能够迅速封闭硐室通道4，安全性能大大增加。

综上所述，本实施例的一种斜坡道扩建期的硐室结构，其取代常规防水闸门硐室采用的锲形墙体结构，在减少施工量、施工强度和施工成本的基础上，具备较佳的抗剪切力和抗摩擦力，防水能力极佳。

实施例2

一种斜坡道扩建期的硐室施工方法，包括以下步骤：

s1、设计斜坡道2挖掘时的斜坡道荒断面线和硐室内净断面线，按照设计好的斜坡道荒断面线位置，在稳定围岩1中打眼、装药、爆破、出矸，挖掘出斜坡道荒断面线。

s2、选定硐室位置，在选定的硐室位置的围岩1面上安装钢轨5和锚杆6，在斜坡道2底部的两侧则开设用于安装排水管道7的凹槽，在凹槽中安装排水管道7并通过浇铸混凝土将凹槽密实封闭，排水管道7的内外两端伸出浇铸混凝土一部分。

s3、安装防水闸门15门框，并铺设硐室下部横向钢筋，浇铸硐室下部混凝土。

s4、绑扎硐室两侧的纵向钢筋12、环形钢筋13和拉结筋14并在两侧安装钢套筒16，接着支撑两侧墙体模板并浇铸混凝土，混凝土形成两侧的硐室墙体3，将钢轨5、锚杆6和钢筋包覆住。

s5、在硐室上部安装通风管道10。

s6、绑扎硐室上部的纵向钢筋12、环形钢筋13和拉结筋14，支撑上部墙体模板并浇铸混凝土，混凝土形成上部的硐室墙体3，将钢轨5、锚杆6和钢筋包覆住。此时，下部、两侧和上部共同形成与围岩1密封连接的拱形硐室墙体3，硐室墙体3内侧则形成硐室通道4。

s7、在防水闸门15门框上安装防水闸门15，防水闸门15的门框位于硐室通道4的内侧端部。

s8、在排水管道7的外侧端伸出硐室墙体3的部分安装高压阀11。

s9、使通风管道10的外端连接风机。

本硐室施工方法能够建设出实施例1的强度较高、具备较佳防水能力和通风能力的硐室结构，且整体工艺施工方便，施工成本较低。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。