大斷面中央泵房施工技術研究

王同吉,蘇麗君,賈海賓

(1.內蒙古魯新能源開發(fā)有限責任公司, 內蒙古錫林郭勒盟 026321;2.山東科技大學,山東青島市 266510)

大斷面中央泵房施工技術研究

王同吉1,蘇麗君2,賈海賓2

(1.內蒙古魯新能源開發(fā)有限責任公司, 內蒙古錫林郭勒盟 026321;2.山東科技大學,山東青島市 266510)

以內蒙古魯新能源開發(fā)有限責任公司魯新礦井中央泵房施工實踐為例,實施了正臺階施工、錨網噴二次支護技術和注漿堵水等施工技術,產生了較好的支護效果和良好的經濟效益。

中央泵房;正臺階施工;二次錨網噴支護;注漿堵水

1 工程概況

魯新井田位于內蒙古錫林郭勒盟烏拉蓋管理區(qū)東北 20 km,是新汶礦業(yè)集團公司所屬的大型在建煤礦。煤田采區(qū)南北長約 8.6 km,東西寬約 5.4 km,面積 46.29 km2。

魯新礦井主排水泵房硐室設計高度為 7370 mm、寬 5500 mm,硐室全長 60.61 m。設計吸水井 8個,每個吸水井半徑 2.4 m,深 7.5 m。選用MD720-60X6型礦用多級離心泵 8臺,正常涌水時 4臺工作、3臺備用、1臺檢修。敷設 3趟Φ550×15 mm管路,正常涌水時 4臺泵工作,2臺泵共用 1趟管路,1趟管路備用。泵房硐室是煤礦中立體巷道最密集、應力最集中也最容易破壞的部位。

魯新礦井主排水泵房硐室地處礦區(qū)地質分界線以西,巖性以火成巖為主,抗壓強度大,巖體較完整,巖石質量中等至好,裂隙水比較發(fā)育。以原生和構造節(jié)理為主,多數(shù)閉合,偶有泥質充填。普氏系數(shù)f=2.1～12.8,RQD值一般在 65%左右,圍巖松動圈不到 1 m,按照松動圈分類方法屬于Ⅱ類圍巖。

2 泵房硐室常規(guī)問題

(1)應力集中程度高。泵房的規(guī)格尺寸是根據水泵房內排水設備的類型和數(shù)量確定的,排水量越大,水泵房規(guī)格尺寸越大。吸水小井及配水巷的布置使水泵房稱為立體巷道最密集的區(qū)域,容易造成巷道圍巖應力集中,從而產生破壞。

(2)硐室穩(wěn)定性差。受水泵房硐室空間限制,吸水小井之間巖柱尺寸不能過大,使各吸水小井之間圍巖產生應力集中。同時,吸水小井井壁一般采用砌碹支護,支護強度低,容易造成吸水小井產生破壞,進而影響水泵房硐室穩(wěn)定性。

(3)底臌嚴重。水泵房吸水小井圍巖的破壞,影響水泵房硐室底板的穩(wěn)定性,產生變形、底臌或開裂,使設備基礎產生破壞,造成設備不能正常運轉,進而影響整個排水系統(tǒng)的正常運轉。

(4)工程量大。每個吸水小井都是與水倉相連的配水巷,吸水小井越多,配水巷長度越長,巷道密集交錯,圍巖應力重疊,給支護帶來了很大困難,工程量較大。

3 中央泵房支護施工

由于中央泵房硐室斷面巨大,加之圍巖穩(wěn)定性較差,采用正臺階法施工掘進,巷道施工采用鉆爆法。上部臺階的轉眼作業(yè)和下部臺階的除渣可以平行施工,進而提高施工效率。正臺階法施工另外一個優(yōu)點就是在整個硐室支護施工時不需要打設腳手架。

3.1 硐室支護施工

由于采用正臺階法施工,硐室開挖之后可立即對裸露圍巖進行噴漿以封閉圍巖,減少圍巖風化,噴漿厚度為 30 mm。第一次支護參數(shù)為:錨桿長度2200 mm,直徑 22 mm,左旋螺紋鋼筋,錨固長度 700 mm,采用 2卷數(shù)值藥卷,間排距 800 mm×800 mm,鋼筋網Φ6 mm,網格間距 100 mm×100 mm,噴漿厚度為 70 mm,采用 C20混凝土。施工順序為:噴漿,打錨桿,掛網,噴漿。錨網噴結束后,在施工下分層,上下臺階同時施工時,錯距不能小于 15 m。

根據水泵房硐室所處地質環(huán)境,對于全巖大斷面硐室,其支護形式應首選錨網噴支護。錨網噴支護具有成本低、易施工、效果佳等特點。為保證水泵房硐室長期穩(wěn)定、不遭破壞,避開硐室開挖后圍巖周邊應力峰值,故將錨網噴分為 2次進行。2次錨網噴之間相隔一段時間,允許圍巖產生適當變形,避免了因圍巖變形過大而產生的漿皮破裂、脫落。

待硐室刷大完畢時距完成第一次支護已有 10 d左右,即可進行第二次支護。第二次支護參數(shù)為:錨桿長度 2200 mm,直徑 22 mm,左旋螺紋鋼筋,錨固長度 700 mm,采用 2卷數(shù)值藥卷,間排距 800 mm×800 mm,鋼筋網Φ6 mm,網格間距 100 mm×100 mm,噴漿厚度為 80 mm,采用 C20混凝土。施工順序為:打錨桿,掛網,噴漿,如圖1 所示。

圖1 二次錨網噴施工剖面示意

3.2 硐室注漿堵水施工

由于魯新礦井屬于大水礦井,泵房局部有淋水,影響泵房設備的安裝與使用。在支護施工之后進行注漿堵水,提高安全技術措施。

在每個出水孔周圍 1 m左右打 1～5個眼與裂隙打透(以出水為準),原出水孔用木楔纏繞麻繩堵水,新打的眼安裝注漿管并配齊閥門,使用 SGB6-10型注漿泵對注漿管逐根進行注漿。若出水點周圍打眼找不到導水裂隙時,可在出水點直接打眼注漿。在出水點周圍注漿后仍不能封堵水或者堵水效果不理想時,在出水點直接打眼注漿。

注漿孔深度不小于 1.5 m,方向偏向出水側與法線夾角不大于 30°。打安注漿管時,采用 7665型氣腿式鑿巖機配Φ32 mm柱齒鉆頭及Φ22 mm六棱中空鉆桿鑿眼后,將注漿管頂至孔底,尾部封口纏繞麻繩或用樹脂藥卷手工攪勻后封口止?jié){,止?jié){長度100 mm,外露長度 100 mm。注漿泵正常壓力為 2 MPa。

根據魯新礦井地質條件和施工要求,經過綜合考慮最終采用水泥-水玻璃雙液注漿法。普通水泥漿初凝時間比較長,嚴重影響到施工速度。而水泥-水玻璃漿液初凝時間短,雖然后期強度較低但足以滿足工程需要。采用 P.O42.5普通硅酸鹽水泥,水灰比(0.8～1)∶1,水玻璃濃度為 35°Be～40°Be,水玻璃與水泥漿體積比為 1∶1。

4 支護效果分析

二次錨網噴支護形式將充分發(fā)揮混凝土抗壓、鋼筋抗拉的材料優(yōu)勢,揚其所長,避其所短,最大程度發(fā)揮兩種材料的支護性能。而雙液注漿堵水提高了注漿效果,如圖2所示。

圖2 注漿堵水后效果

為分析支護效果,在水泵房硐室布設了一組巷道收斂變形觀測點,對水泵房表面位移進行檢測。從圖3可以看出,總體變形量較小,且趨于穩(wěn)定,說明取得了良好的支護效果。

圖3 水泵房變形隨時間變化曲線

錨網噴支護技術相比架設 U型鋼棚和砌碹支護來說,具有成本低、易施工等特點,節(jié)約了大量投資,使工程施工進度大大加快。泵房注漿所選漿液根據出水點水量情況不同而不同,出水量較小的地方選取單液水泥漿,出水量較大的地方選用水泥-水玻璃雙液漿,不僅保證了良好的注漿效果,也節(jié)省注漿成本。

5 結 論

通過對 +570 m水平主排水泵房采用導硐多臺階相向施工、三角施工、大水控制技術、支護方式由砌碹改為錨網噴二次支護等,減少排矸費用 48.2萬元,節(jié)約混凝土費用 32.47萬元;施工工期縮短 2個月以上,節(jié)約人工費 60萬元;通過注漿堵水工藝,減少涌水 20 m3/h,年節(jié)約排水費用 31.5萬元以上。該技術具有較高的推廣應用價值,安全及社會效益顯著。

[1] 何滿潮.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南[M].北京:科學出版社,2004.

[2] 邱忠華.大斷面中央泵房施工實踐[J].中國科技信息,2009,(13).

[3] 羅 曼.軟巖巷道能量釋放規(guī)律與適時支護研究[J].采礦技術,2007,(3):19-21.

[4] 張 強.大跨度軟巖巷道的錨注修復[J].采礦技術,2009,(2):25-26.

2011-06-04)

王同吉(1967-),男,山東青州人,高級工程師,總工程師,從事采礦技術管理工作,Email:jscwtj2008@163.com。