復雜大斷面硐室群施工技術在康城煤礦的應用

文/呂宏京

復雜大斷面硐室群施工技術在康城煤礦的應用

文/呂宏京

冀中能源邯鄲礦業集團康城煤礦是一個1958年投產的老礦井，地質條件復雜，資源枯竭。如何在產量不可能大幅提高的情況下實現老井挖潛，取得較好的經濟效益，保證生產經營正常運行，是擺在企業面前的嚴峻課題。為了礦井的可持續發展，康城煤礦決定對-100m北翼下組煤地區進行開采，屆時礦井涌水量將大幅增加，需新建一座潛水泵房增大礦井的排水能力，確保礦井生產安全。由于新建潛水泵房中泵房主硐室、吸水井硐室、吸水井、通風巷、配水巷集中布置，形成硐室群，且硐室斷面較大、各硐室間距小，增加了硐室施工的難度。康城煤礦采用復雜大斷面硐室群施工技術，保證了潛水泵房硐室安全快速施工，取得了較好的經濟效益和社會效益，對于水文地質條件類似礦井具有廣泛的推廣應用前景。

一、硐室圍巖條件

1.地質條件。掘進層位于4#煤火成巖侵入體至山青小煤三層底板細砂巖層。泵房主硐室及小井上部位于火成巖層內，吸水小井中下部位于山青小煤三層頂底板巖層。煤巖層產狀較穩定，走向65°，傾向155°，傾角9°~11°。所穿巖層分別為粉砂巖：灰黑色，具水平層理，有碳質層理面，層厚2.45m；三青小煤三層：煤質較好，穩定性差，層厚一般為0.15m；細砂巖：灰色，以石英、長石為主，上部互層狀，具碳質層理面，裂隙較發育，層厚5.88m。

2.水文條件。巖水在掘進-100m大巷期間已疏干，粉砂巖及砂巖層內有少量裂隙水，涌水量5~ 25m3/h。

二、施工順序和施工組織

優化資源配置和科學合理地安排施工順序，對于提高施工方案的科學化水平至關重要。潛水泵房采用復雜大斷面硐室群施工技術，首先，按照先施工泵房主硐室再施工2#吸水小井硐室和1#吸水小井硐室的施工順序，交替作業。其次，上述施工完畢后，開始硐室之間通風巷的施工，采用規格1.5m×1.8m，速噴支護方式。第三，施工2#吸水小井和1#吸水小井，交替作業，到標高-99.6m時，開始小井之間配水巷的施工，采用規格1.8m× 2.2m，錨網噴支護方式。各硐室施工期間，根據設計要求，完成預留孔及預埋構件的留設和安裝任務。采用“三八”作業方式，掘進采用炮掘。

三、施工方案

在復雜大斷面硐室施工過程中，正臺階分層施工法可有效確保安全生產，并利于加快施工進度。康城煤礦新增潛水泵房最小斷面積約27．72m2，最大斷面積為187.5m2，屬于大斷面硐室，符合正臺階分層施工法的技術要求。

1.泵房主硐室的施工方案

根據設計要求，泵房主硐室需在原小斷面巷道的基礎上進行施工。原巷道凈斷面規格為3.6m× 3.2m，速噴支護；泵房主硐室設計掘進斷面規格5.8m×6.9m，長度33．3m。針對泵房主硐室高6.9m的實際情況，為了便于施工，將整個硐室分為上下兩個分層，上分層工作面超前施工，高度為3.8m，下分層工作面滯后施工，高度為3.1m，上分層超前距設計為3m。施工時，需對原巷道調頂、擴幫，并利用爆破后崩落的巖石將原巷道填至一定高度，便于上分層施工時施工人員進行蹬碴作業。上分層工作面爆破后，剩余矸石由人工清理到下分層工作面。上下分層工作面矸石采用耙斗裝巖機裝1噸罐車外運。裝巖機距頭6~25m。

2.吸水小井硐室施工方案

兩個吸水小井硐室掘進規格6.1m×5．2m，掘進長度8.4m，吸水小井硐室高度達到5.2m。因長度較短，可將整個硐室分為上下兩個分層施工，先施工上分層工作面，高度為3.2m，一次施工長度8.4m；后施工下分層工作面，高度為2m，一次施工長度8.4m。施工時，爆破后崩落的巖石留夠高度，便于施工人員可蹬碴作業完成上分層工作面施工任務。下分層工作面施工由外向里逐步進行達到規定長度。裝巖機安裝在距吸水小井硐室口以外6m處，上下分層工作面迎頭出碴時配合使用導向輪，耙斗可直接將工作面迎頭碴耙出到泵房主硐室內，使用裝巖機完成運裝任務。

3.吸水小井施工

吸水小井位于泵房主硐室底板水平以下，開挖長度11.3m，寬度5.3m，深度9.8m。吸水小井施工前，內、外水倉已掘進到吸水小井位置，水倉底板標高-99.6m，小井底部標高-103.2m，泵房主硐室底板標高-93.8m。鑒于小井掘進規格大、出碴困難及巖性等因素，可先在吸水小井硐室底板到水倉頂板（高差2.6m）打通一個直徑為1.2m的排矸小井將二者貫通，吸水小井由上向下施工，便于吸水小井高度5.8m范圍內的矸石利用人工均可以通過排矸小井運到水倉，并在水倉內安設裝巖機裝罐外運。此外，水倉底板至吸水小井4.0m高度范圍內的矸石，也可以利用安設在水倉內的裝巖機將大部分矸石裝車外運，最大限度地節省了人力，加快了施工進度，以達到經濟、高效的目的。

4.支護方案

根據礦山壓力影響規律，施工人員分析一次支護后礦壓觀測圖兩幫和頂板位移變化曲線，認為一次支護后滿2個循環進行二次支護施工，即可滿足該巷道的施工要求。此外，為了保證泵房硐室施工質量和完成后能正常使用，并檢驗其選用的支護方式是否合理。施工人員采用收斂計、錨桿（索）拉力計、錨桿測力矩扳手、頂板離層指示儀、混凝土強度檢測儀等儀器進行檢測。數據表明，施工完成后15天內，最大累計變形量為5mm,隨后硐室趨于穩定，該支護工藝能夠滿足施工要求。混凝土抗壓強度均在200#以上，達到了設計要求。

四、社會和經濟效益

1.經濟效益

泵房硐室共計70m，采用復雜大斷面硐室群施工技術后，每米巷道可節約維修費用6000元，整條巷道可減少巷道維修費用42萬元。此外，采用該技術加快了施工進度，工效得以大幅提高，工期共耗時3個月，節約人工費用20萬元。總計綜合創效62萬元。

2.社會效益

復雜大斷面硐室群施工技術解決了大斷面硐室支護難題，滿足了巷道的使用要求，提高了礦井防御水災事故能力，為下組煤開采創造了條件，從而給礦井有序發展提供了可靠保障。

（作者單位：冀中能源邯鄲礦業集團）

（責任編輯：周瓊）