復(fù)雜條件下大斷面水倉(cāng)施工方案優(yōu)化

馬明星

（大同煤礦集團(tuán)虎龍溝煤礦，山西 懷仁 038300）

1 概述

大同煤礦集團(tuán)虎龍溝煤礦回采煤層為石炭系3～5#煤層，煤層平均厚度為12.73m，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾石（9～12層）及火成巖。煤層直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為3.8m，巖體承載能力差，不穩(wěn)定，受采動(dòng)影響易破碎；基本頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，巖體裂隙發(fā)育，孔隙大，平均厚度為12.4m。根據(jù)鉆孔顯示，3～5#煤層頂部巖體含有裂隙含水層，對(duì)井田采掘施工具有一定影響。

為了滿足盤(pán)區(qū)采掘施工時(shí)的排水需求，需在東盤(pán)區(qū)皮帶延伸巷端部施工一個(gè)盤(pán)區(qū)水倉(cāng)。如圖1所示，設(shè)計(jì)水倉(cāng)為矩形斷面規(guī)格，長(zhǎng)度為20m，水倉(cāng)上部斷面規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=17×5.0×3.5m，下部起底深度為2.5m，共分污水池、沉淀池以及清水池三個(gè)倉(cāng)體，在清水池內(nèi)安裝兩臺(tái)45kW潛水泵對(duì)水倉(cāng)進(jìn)行排水。

圖1 東盤(pán)區(qū)水倉(cāng)平面布置示意圖

2 原水倉(cāng)施工技術(shù)難題

根據(jù)礦地測(cè)科提供資料顯示，水倉(cāng)施工地點(diǎn)位于大斷層帶附近，且水倉(cāng)斷面大，造成水倉(cāng)施工難度大，效率低，存在很多施工難題如頂板維護(hù)、水倉(cāng)內(nèi)瓦斯排放等。

（1）頂煤難以預(yù)留。原設(shè)計(jì)中水倉(cāng)施工時(shí)需預(yù)留頂煤厚度為9.0m，而水倉(cāng)開(kāi)口位置位于F11斷層帶附近，F(xiàn)11斷層落差大，受斷層應(yīng)力影響，水倉(cāng)施工時(shí)頂板壓力大，頂煤難以預(yù)留，很容易發(fā)生頂板大面積冒頂現(xiàn)象。

（2）水倉(cāng)頂板支護(hù)難度大，支護(hù)成本高。由于原設(shè)計(jì)水倉(cāng)長(zhǎng)度為20m，寬度為5.0m，受構(gòu)造應(yīng)力影響水倉(cāng)頂板破碎嚴(yán)重，支護(hù)難度大，采用單一錨桿、錨索支護(hù)不能滿足施工要求，需對(duì)頂板破碎區(qū)進(jìn)行注漿支護(hù)，同時(shí)頂板永久支護(hù)施工后需架設(shè)工字鋼棚進(jìn)行加強(qiáng)維護(hù)，加大了水倉(cāng)施工支護(hù)成本費(fèi)用。

（3）通風(fēng)不良，瓦斯集聚現(xiàn)象嚴(yán)重。采用原水倉(cāng)施工設(shè)計(jì)時(shí)，水倉(cāng)內(nèi)出現(xiàn)通風(fēng)不良、窩風(fēng)現(xiàn)象，受斷層裂隙帶富含的瓦斯影響，水倉(cāng)施工后裂隙帶瓦斯涌入水倉(cāng)內(nèi)，水倉(cāng)內(nèi)易出現(xiàn)瓦斯集聚現(xiàn)象，需安裝風(fēng)流引射器進(jìn)行局部排瓦斯，加大了設(shè)備安裝數(shù)量，不利于水倉(cāng)內(nèi)機(jī)電設(shè)備安裝。

3 東盤(pán)區(qū)水倉(cāng)施工優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了保證水倉(cāng)施工安全，決定對(duì)原水倉(cāng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提出了環(huán)形水倉(cāng)施工方案。

（1）為了避免F11斷層帶影響，環(huán)形水倉(cāng)開(kāi)口位置距斷層帶間距為5.0m，水倉(cāng)上部斷面規(guī)格為寬×高=5.0×3.5m，下部起底深度為2.5m。

（2）環(huán)形水倉(cāng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為26m，施工時(shí)共計(jì)分為三段。水倉(cāng)AB段長(zhǎng)度為8.0m，垂直皮帶巷巷幫煤柱，施工到位后按設(shè)計(jì)拐彎施工BC段，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為10.0m，到位后施工CD段，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為8.0m，從皮帶延伸巷開(kāi)口，到位后與BC段貫通，如圖2所示。

（3）環(huán)形水倉(cāng)采用爆破施工工藝，采用防爆型專(zhuān)用耙?guī)r機(jī)及SSJ-800型膠帶輸送機(jī)聯(lián)合出煤，輸送機(jī)機(jī)頭處搭接皮帶巷膠帶輸送機(jī)，機(jī)尾安裝在AB段開(kāi)口處。AB段施工時(shí)在輸送機(jī)機(jī)尾處安裝一部耙?guī)r機(jī)進(jìn)行出煤，施工BC段時(shí)在拐彎處再安裝一部耙?guī)r機(jī)進(jìn)行聯(lián)合出煤，施工CD段時(shí)將輸送機(jī)機(jī)尾延伸至CD段開(kāi)口處，采用耙?guī)r機(jī)聯(lián)合出煤，與AB段出煤工序相同。

（4）環(huán)形水倉(cāng)頂板采用錨桿、錨索、“JW”型鋼帶聯(lián)合支護(hù)。鋼帶長(zhǎng)度為4.8m，每根鋼帶配套6根長(zhǎng)度為2.5m無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨索長(zhǎng)度為8.0m，每排施工3根，錨索間排距為2.0m。為了防止水倉(cāng)中部孤島煤柱破碎垮落，護(hù)幫施工完后，對(duì)孤島煤柱采取注漿加固。

（5）環(huán)形水倉(cāng)倉(cāng)體施工完后，分別在BC段距兩端2.0m各施工一道寬度為5.0m、高度為2.5m、厚度為0.5m墻體，兩墻體落差為0.5m。兩道墻體將水倉(cāng)分隔為污水池、沉淀池以及清水池。

（6）為了便于水倉(cāng)日常維護(hù)及水位觀察，在水倉(cāng)頂板往下3.5m處每1.5m施工一組30mm棚環(huán)，并在同一組棚環(huán)上吊掛一根長(zhǎng)度為5.0m的11#工字鋼梁。待所有鋼梁吊掛后，在鋼梁上方密集鋪設(shè)長(zhǎng)度為3.0m木板。

（7）為了防止煤體氧化以及通風(fēng)不良出現(xiàn)水倉(cāng)有害氣體集聚，采用混凝土噴漿對(duì)水倉(cāng)幫部煤體進(jìn)行隔絕處理，噴漿厚度不得低于0.1m。同時(shí)在皮帶延伸巷內(nèi)水倉(cāng)中部施工兩道通風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，使風(fēng)流從環(huán)形水倉(cāng)內(nèi)流動(dòng)，排除水倉(cāng)內(nèi)有害氣體。

圖2 東盤(pán)區(qū)環(huán)形水倉(cāng)平、剖面示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）環(huán)形水倉(cāng)施工有效提高了水倉(cāng)容積，解決了因矩形斷面水倉(cāng)窩風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重、導(dǎo)致水倉(cāng)內(nèi)瓦斯等有害氣體集聚的技術(shù)難題，減少水倉(cāng)內(nèi)機(jī)電設(shè)備安裝數(shù)量。

（2）矩形斷面水倉(cāng)施工時(shí)開(kāi)口側(cè)需支設(shè)工字鋼棚對(duì)頂板進(jìn)行支撐，而環(huán)形水倉(cāng)可利用孤島煤柱對(duì)頂板有效支撐，減少了水倉(cāng)支護(hù)成本費(fèi)用，提高了水倉(cāng)頂板穩(wěn)定性。

（3）與傳統(tǒng)矩形斷面水倉(cāng)相比，東盤(pán)區(qū)環(huán)形水倉(cāng)減小了F11斷層對(duì)水倉(cāng)施工的影響，避免了水倉(cāng)施工時(shí)頂板破碎、局部冒頂現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)水倉(cāng)進(jìn)行噴漿處理，減小了水倉(cāng)四周煤體風(fēng)化作用。