采區(qū)大斷面水倉施工工藝優(yōu)化

李財隆

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司，山西 大同 037031）

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司三盤區(qū)西翼共計可采長度為680 m，共計布置8307、8309、8311、8312四個工作面，工作面東西走向布置。西翼采區(qū)主采煤層為山西組4#煤層，煤層平均厚度為3.5 m，平均傾角為4°，煤層硬度為f=2.7～3.7。山4#煤層為半亮型、暗淡型煤，塊狀，屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，煤層中普遍含有1 層夾石。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 三盤區(qū)西翼4#煤層頂?shù)装鍘r性表

為了滿足西翼采區(qū)回采期間排放水需求，在采區(qū)內(nèi)施工一個采區(qū)水倉，水倉設(shè)計容積為150 m3，采區(qū)水倉布置在西翼采區(qū)膠帶大巷端頭處。

2 采區(qū)水倉原施工工藝及問題分析

2.1 采區(qū)水倉原施工方案

（1）初步設(shè)計西翼盤區(qū)水倉布置在三盤區(qū)膠帶大巷1200～1240 m 范圍內(nèi)，水倉為矩形斷面，水倉沿4#煤層頂板布置，水倉設(shè)計長度為15 m，深度為5.0 m，水倉起底深度為2.0 m。水倉口采用三根長度為4.5 m 錨索吊棚進(jìn)行鎖口，水倉頂板采用錨桿（索）+W 型鋼聯(lián)合支護(hù)。

（2）水倉采用全斷面爆破施工工藝，水倉施工時在盤區(qū)帶式輸送機(jī)上安裝一部礦用隔爆型B-60P型耙?guī)r機(jī)，水倉上斷面施工完后，采用松動爆破施工工藝進(jìn)行起底，起底后煤矸采用人工清理。

（3）水倉施工完后，為了蓄水時能夠沉淀煤泥，水倉內(nèi)施工一個沉淀池，在水倉中部施工一個擋水墻，擋水墻中部施工，高1.5 m，厚0.8 m，如圖1。

圖1 西翼采區(qū)水倉初步設(shè)計斷面示意圖（mm）

2.2 原水倉施工工藝主要存在的問題

（1）水倉圍巖穩(wěn)定性差。原采區(qū)水倉為矩形斷面，水倉沿4#煤層頂板施工，而4#煤層直接頂為炭質(zhì)泥巖，水倉采用一次性全斷面施工時空頂面積大，頂板支護(hù)不能及時跟進(jìn)很容易造成頂板斷裂、破碎。同時，西翼采區(qū)水倉施工地點附近存在F7正斷層，斷層落差3.4 m，傾角52°，水倉采用一次性全斷面施工時，很容易造成頂板垮落事故。

（2）施工效率低。原矩形水倉采用一次性全斷面施工時施工長度大，水倉單茬掘進(jìn)后煤矸運輸難度大，而且頂板每排布置3 根長度為4.8 m“W”型鋼帶，支護(hù)難度大，導(dǎo)致水倉掘進(jìn)效率低，每班掘進(jìn)深度不足1.0 m，水倉施工周期達(dá)14 d。

（3）通風(fēng)難度大。采區(qū)水倉采用矩形斷面時，在后期施工過程中水倉內(nèi)很容易出現(xiàn)窩風(fēng)現(xiàn)象，易出現(xiàn)瓦斯積聚，水倉施工后需安裝一套風(fēng)流引射器進(jìn)行通風(fēng)，從而增加了水倉內(nèi)機(jī)電設(shè)備安裝數(shù)量。

3 采區(qū)水倉施工工藝優(yōu)化

為解決傳統(tǒng)矩形水倉在施工過程中存在的問題，提高水倉施工效率及安全系數(shù)，決定對西翼采區(qū)水倉施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用環(huán)形水倉施工工藝[1-5]。

3.1 環(huán)形水倉設(shè)計

環(huán)形水倉布置在西翼采區(qū)膠帶大巷尾部25 m處巷幫上，環(huán)形水倉施工時主要分為兩部分，第一部分上部全斷面掘進(jìn)，第二部分下部起底施工。環(huán)形水倉兩側(cè)掘進(jìn)深度為8.0 m，中部長度為4.0 m，上部施工斷面規(guī)格為寬×高=5 m×2.5 m，起底深度為2.0 m，如圖2。

3.2 環(huán)形水倉支護(hù)工藝

水倉頂板采用錨桿（索）+W 型鋼帶聯(lián)合支護(hù)。為了防止F7 斷層對水倉開口段影響，對水倉開口處采用錨索吊棚及組合錨索進(jìn)行加固。

（1）頂板采用W 型鋼帶配合無縱筋螺紋鋼錨桿聯(lián)合支護(hù)。每排布置6 根錨桿，錨桿長度為2.5 m，直徑為22 mm；W 型鋼帶長度為4.8 m，寬度為0.28 m，鋼帶上布置6 個錨桿支護(hù)孔，孔間距為0.9 m；錨桿布置排距為1.0 m。

（2）水倉頂板每施工兩排錨桿布置一排單錨索，錨索采用7 股鋼絞線，錨索長度為6.5 m，直徑為17.8 mm，每排布置3 根錨索，錨索布置間距為1.8 m，錨索外露端安裝一塊長度及寬度為0.3 m拱形高預(yù)應(yīng)力鋼托板。

（3）為了防止水倉開口施工時受F7 斷層以及爆破震動影響頂板垮落，決定對水倉開口處采取錨索吊棚、組合錨索進(jìn)行加固支護(hù)。開口處共計施工兩架錨索吊棚，吊棚長度為4.5 m，每架吊棚由3根長度為6.5 m 錨索以及1 根工字鋼梁組成，錨索吊棚布置排距為1.0 m；水倉開口處共計布置兩對組合錨索，第一對組合錨索布置在膠帶大巷頂板距水倉開口1.0 m 處，第二對組合錨索布置在錨索吊棚后方1.0 m 處，每對組合錨索布置間距為2.5 m，如圖2。

圖2 西翼采區(qū)環(huán)形水倉頂板支護(hù)平面示意圖（mm）

3.3 環(huán)形水倉施工工藝

（1）西翼采區(qū)環(huán)形水倉采用全斷面爆破施工工藝，水倉分三段依次施工，即AB 段、BC 段、CD 段，如圖3 所示。水倉施工前在盤區(qū)帶式輸送機(jī)上安裝一部礦用隔爆型B-60P 型耙?guī)r機(jī)（1#）進(jìn)行出煤。

（2）在進(jìn)行AB 段施工時，利用1#耙?guī)r機(jī)與盤區(qū)帶式輸送機(jī)聯(lián)合進(jìn)行出煤。當(dāng)AB 段施工長度為10 m，AB 段施工期間在膠帶大巷上安裝兩臺30 kW 局部通風(fēng)機(jī)對水倉施工地點進(jìn)行供風(fēng)，并由地測科現(xiàn)場給線給定BC 段施工中線。

（3）BC 段施工前，在AB 段端頭施工一個絞車硐室，然后在硐室內(nèi)安裝2#耙?guī)r機(jī)。AB 段施工過程中利用1#、2#絞車聯(lián)合進(jìn)行出煤，BC 段施工長度為10 m。

（4）BC 段施工到位后，將1#耙?guī)r機(jī)安裝在CD 段開口位置，然后從膠帶大巷開口施工CD 段，CD 段施工到位后與BC 段貫通。

（5）為了縮短環(huán)形水倉施工工期，當(dāng)水倉AB段施工到位后，水倉下斷面起底與上斷面掘進(jìn)交替施工，下斷面起底深度為1.5 m，寬度為5.0 m，起底后采用耙?guī)r機(jī)聯(lián)合出煤。

（6）水倉斷面施工到位后，為了達(dá)到有效的水倉沉淀效果，在BC 段兩端各施工兩堵堵水墻（1#、2#），堵水墻寬度為0.8 m，長度為5.0 m，其中1#堵水墻高度為1.3 m，2#堵水墻高度為1.0 m。

（7）為了便于排水設(shè)備安裝以及水倉上方行人，在水倉兩側(cè)巷幫距頂板2.5 m 處對稱施工一排“七字鉤”鉆孔，孔深為1.0 m，鉆孔布置間距為2.0 m，鉆孔施工完后安裝七字鉤，并在對稱七字鉤安裝一根長度為5.0 m 工字鋼梁。

（8）七字鉤上所有鋼梁鋪設(shè)完后，在鋼梁上方鋪設(shè)一層長度為5.0 m、厚度為50 mm 木板，同時在環(huán)形水倉開口處砌筑水泵站臺。

4 結(jié)語

（1）通過對西翼采區(qū)水倉設(shè)計優(yōu)化，與傳統(tǒng)的矩形水倉相比，環(huán)形水倉施工斷面小，減少了水倉掘進(jìn)工程量，提高了水倉容積，解決了矩形水倉后期出現(xiàn)窩風(fēng)、瓦斯積聚等技術(shù)難題。

（2）采用環(huán)形水倉后，提高了頂板支護(hù)效果及支護(hù)效率。同時，環(huán)形水倉起底深度小，并采用多部耙?guī)r機(jī)聯(lián)合出煤，提高了水倉施工期間煤矸運輸效率，縮短了水倉施工周期。

（3）矩形水倉由于一次性施工斷面大，導(dǎo)致水倉頂板支護(hù)難度大、支護(hù)效率低，若支護(hù)不及時易造成頂板破碎垮落現(xiàn)象，而環(huán)形水倉采用孤島煤柱進(jìn)行圍巖支撐，提高了水倉圍巖整體穩(wěn)定性，避免了因地質(zhì)構(gòu)造、施工工藝等影響導(dǎo)致頂板冒漏現(xiàn)象。