大斷面中央泵房施工技術(shù)研究

王同吉,蘇麗君,賈海賓

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

大斷面中央泵房施工技術(shù)研究

王同吉1,蘇麗君2,賈海賓2

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

以內(nèi)蒙古魯新能源開發(fā)有限責(zé)任公司魯新礦井中央泵房施工實(shí)踐為例,實(shí)施了正臺(tái)階施工、錨網(wǎng)噴二次支護(hù)技術(shù)和注漿堵水等施工技術(shù),產(chǎn)生了較好的支護(hù)效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

中央泵房;正臺(tái)階施工;二次錨網(wǎng)噴支護(hù);注漿堵水

1 工程概況

魯新井田位于內(nèi)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(tuán)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(shè)計(jì)高度為 7370 mm、寬 5500 mm,硐室全長 60.61 m。設(shè)計(jì)吸水井 8個(gè),每個(gè)吸水井半徑 2.4 m,深 7.5 m。選用MD720-60X6型礦用多級(jí)離心泵 8臺(tái),正常涌水時(shí) 4臺(tái)工作、3臺(tái)備用、1臺(tái)檢修。敷設(shè) 3趟Φ550×15 mm管路,正常涌水時(shí) 4臺(tái)泵工作,2臺(tái)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(yīng)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(zhì)分界線以西,巖性以火成巖為主,抗壓強(qiáng)度大,巖體較完整,巖石質(zhì)量中等至好,裂隙水比較發(fā)育。以原生和構(gòu)造節(jié)理為主,多數(shù)閉合,偶有泥質(zhì)充填。普氏系數(shù)f=2.1～12.8,RQD值一般在 65%左右,圍巖松動(dòng)圈不到 1 m,按照松動(dòng)圈分類方法屬于Ⅱ類圍巖。

2 泵房硐室常規(guī)問題

(1)應(yīng)力集中程度高。泵房的規(guī)格尺寸是根據(jù)水泵房內(nèi)排水設(shè)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(yīng)力集中,從而產(chǎn)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(chǎn)生應(yīng)力集中。同時(shí),吸水小井井壁一般采用砌碹支護(hù),支護(hù)強(qiáng)度低,容易造成吸水小井產(chǎn)生破壞,進(jìn)而影響水泵房硐室穩(wěn)定性。

(3)底臌嚴(yán)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(chǎn)生變形、底臌或開裂,使設(shè)備基礎(chǔ)產(chǎn)生破壞,造成設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)而影響整個(gè)排水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(4)工程量大。每個(gè)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(cuò),圍巖應(yīng)力重疊,給支護(hù)帶來了很大困難,工程量較大。

3 中央泵房支護(hù)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(tái)階法施工掘進(jìn),巷道施工采用鉆爆法。上部臺(tái)階的轉(zhuǎn)眼作業(yè)和下部臺(tái)階的除渣可以平行施工,進(jìn)而提高施工效率。正臺(tái)階法施工另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是在整個(gè)硐室支護(hù)施工時(shí)不需要打設(shè)腳手架。

3.1 硐室支護(hù)施工

由于采用正臺(tái)階法施工,硐室開挖之后可立即對(duì)裸露圍巖進(jìn)行噴漿以封閉圍巖,減少圍巖風(fēng)化,噴漿厚度為 30 mm。第一次支護(hù)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(wǎng)Φ6 mm,網(wǎng)格間距 100 mm×100 mm,噴漿厚度為 70 mm,采用 C20混凝土。施工順序?yàn)?噴漿,打錨桿,掛網(wǎng),噴漿。錨網(wǎng)噴結(jié)束后,在施工下分層,上下臺(tái)階同時(shí)施工時(shí),錯(cuò)距不能小于 15 m。

根據(jù)水泵房硐室所處地質(zhì)環(huán)境,對(duì)于全巖大斷面硐室,其支護(hù)形式應(yīng)首選錨網(wǎng)噴支護(hù)。錨網(wǎng)噴支護(hù)具有成本低、易施工、效果佳等特點(diǎn)。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(yīng)力峰值,故將錨網(wǎng)噴分為 2次進(jìn)行。2次錨網(wǎng)噴之間相隔一段時(shí)間,允許圍巖產(chǎn)生適當(dāng)變形,避免了因圍巖變形過大而產(chǎn)生的漿皮破裂、脫落。

待硐室刷大完畢時(shí)距完成第一次支護(hù)已有 10 d左右,即可進(jìn)行第二次支護(hù)。第二次支護(hù)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(wǎng)Φ6 mm,網(wǎng)格間距 100 mm×100 mm,噴漿厚度為 80 mm,采用 C20混凝土。施工順序?yàn)?打錨桿,掛網(wǎng),噴漿,如圖1 所示。

圖1 二次錨網(wǎng)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(shè)備的安裝與使用。在支護(hù)施工之后進(jìn)行注漿堵水,提高安全技術(shù)措施。

在每個(gè)出水孔周圍 1 m左右打 1～5個(gè)眼與裂隙打透(以出水為準(zhǔn)),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(duì)注漿管逐根進(jìn)行注漿。若出水點(diǎn)周圍打眼找不到導(dǎo)水裂隙時(shí),可在出水點(diǎn)直接打眼注漿。在出水點(diǎn)周圍注漿后仍不能封堵水或者堵水效果不理想時(shí),在出水點(diǎn)直接打眼注漿。

注漿孔深度不小于 1.5 m,方向偏向出水側(cè)與法線夾角不大于 30°。打安注漿管時(shí),采用 7665型氣腿式鑿巖機(jī)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(jù)魯新礦井地質(zhì)條件和施工要求,經(jīng)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(shí)間比較長,嚴(yán)重影響到施工速度。而水泥-水玻璃漿液初凝時(shí)間短,雖然后期強(qiáng)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(hù)效果分析

二次錨網(wǎng)噴支護(hù)形式將充分發(fā)揮混凝土抗壓、鋼筋抗拉的材料優(yōu)勢,揚(yáng)其所長,避其所短,最大程度發(fā)揮兩種材料的支護(hù)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(hù)效果,在水泵房硐室布設(shè)了一組巷道收斂變形觀測點(diǎn),對(duì)水泵房表面位移進(jìn)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(hù)效果。

圖3 水泵房變形隨時(shí)間變化曲線

錨網(wǎng)噴支護(hù)技術(shù)相比架設(shè) U型鋼棚和砌碹支護(hù)來說,具有成本低、易施工等特點(diǎn),節(jié)約了大量投資,使工程施工進(jìn)度大大加快。泵房注漿所選漿液根據(jù)出水點(diǎn)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(jié) 論

通過對(duì) +570 m水平主排水泵房采用導(dǎo)硐多臺(tái)階相向施工、三角施工、大水控制技術(shù)、支護(hù)方式由砌碹改為錨網(wǎng)噴二次支護(hù)等,減少排矸費(fèi)用 48.2萬元,節(jié)約混凝土費(fèi)用 32.47萬元;施工工期縮短 2個(gè)月以上,節(jié)約人工費(fèi) 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(fèi)用 31.5萬元以上。該技術(shù)具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值,安全及社會(huì)效益顯著。

[1] 何滿潮.中國煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[2] 邱忠華.大斷面中央泵房施工實(shí)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(shí)支護(hù)研究[J].采礦技術(shù),2007,(3):19-21.

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

2011-06-04)

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