大断面中央泵房施工技术研究

王同吉,苏丽君,贾海宾

(1.内蒙古鲁新能源开发有限责任公司, 内蒙古锡林郭勒盟 026321;2.山东科技大学,山东青岛市 266510)

大断面中央泵房施工技术研究

王同吉1,苏丽君2,贾海宾2

(1.内蒙古鲁新能源开发有限责任公司, 内蒙古锡林郭勒盟 026321;2.山东科技大学,山东青岛市 266510)

以内蒙古鲁新能源开发有限责任公司鲁新矿井中央泵房施工实践为例,实施了正台阶施工、锚网喷二次支护技术和注浆堵水等施工技术,产生了较好的支护效果和良好的经济效益。

中央泵房;正台阶施工;二次锚网喷支护;注浆堵水

1 工程概况

鲁新井田位于内蒙古锡林郭勒盟乌拉盖管理区东北 20 km,是新汶矿业集团公司所属的大型在建煤矿。煤田采区南北长约 8.6 km,东西宽约 5.4 km,面积 46.29 km2。

鲁新矿井主排水泵房硐室设计高度为 7370 mm、宽 5500 mm,硐室全长 60.61 m。设计吸水井 8个,每个吸水井半径 2.4 m,深 7.5 m。选用MD720-60X6型矿用多级离心泵 8台,正常涌水时 4台工作、3台备用、1台检修。敷设 3趟Φ550×15 mm管路,正常涌水时 4台泵工作,2台泵共用 1趟管路,1趟管路备用。泵房硐室是煤矿中立体巷道最密集、应力最集中也最容易破坏的部位。

鲁新矿井主排水泵房硐室地处矿区地质分界线以西,岩性以火成岩为主,抗压强度大,岩体较完整,岩石质量中等至好,裂隙水比较发育。以原生和构造节理为主,多数闭合,偶有泥质充填。普氏系数f=2.1～12.8,RQD值一般在 65%左右,围岩松动圈不到 1 m,按照松动圈分类方法属于Ⅱ类围岩。

2 泵房硐室常规问题

(1)应力集中程度高。泵房的规格尺寸是根据水泵房内排水设备的类型和数量确定的,排水量越大,水泵房规格尺寸越大。吸水小井及配水巷的布置使水泵房称为立体巷道最密集的区域,容易造成巷道围岩应力集中,从而产生破坏。

(2)硐室稳定性差。受水泵房硐室空间限制,吸水小井之间岩柱尺寸不能过大,使各吸水小井之间围岩产生应力集中。同时,吸水小井井壁一般采用砌碹支护,支护强度低,容易造成吸水小井产生破坏,进而影响水泵房硐室稳定性。

(3)底臌严重。水泵房吸水小井围岩的破坏,影响水泵房硐室底板的稳定性,产生变形、底臌或开裂,使设备基础产生破坏,造成设备不能正常运转,进而影响整个排水系统的正常运转。

(4)工程量大。每个吸水小井都是与水仓相连的配水巷,吸水小井越多,配水巷长度越长,巷道密集交错,围岩应力重叠,给支护带来了很大困难,工程量较大。

3 中央泵房支护施工

由于中央泵房硐室断面巨大,加之围岩稳定性较差,采用正台阶法施工掘进,巷道施工采用钻爆法。上部台阶的转眼作业和下部台阶的除渣可以平行施工,进而提高施工效率。正台阶法施工另外一个优点就是在整个硐室支护施工时不需要打设脚手架。

3.1 硐室支护施工

由于采用正台阶法施工,硐室开挖之后可立即对裸露围岩进行喷浆以封闭围岩,减少围岩风化,喷浆厚度为 30 mm。第一次支护参数为:锚杆长度2200 mm,直径 22 mm,左旋螺纹钢筋,锚固长度 700 mm,采用 2卷数值药卷,间排距 800 mm×800 mm,钢筋网Φ6 mm,网格间距 100 mm×100 mm,喷浆厚度为 70 mm,采用 C20混凝土。施工顺序为:喷浆,打锚杆,挂网,喷浆。锚网喷结束后,在施工下分层,上下台阶同时施工时,错距不能小于 15 m。

根据水泵房硐室所处地质环境,对于全岩大断面硐室,其支护形式应首选锚网喷支护。锚网喷支护具有成本低、易施工、效果佳等特点。为保证水泵房硐室长期稳定、不遭破坏,避开硐室开挖后围岩周边应力峰值,故将锚网喷分为 2次进行。2次锚网喷之间相隔一段时间,允许围岩产生适当变形,避免了因围岩变形过大而产生的浆皮破裂、脱落。

待硐室刷大完毕时距完成第一次支护已有 10 d左右,即可进行第二次支护。第二次支护参数为:锚杆长度 2200 mm,直径 22 mm,左旋螺纹钢筋,锚固长度 700 mm,采用 2卷数值药卷,间排距 800 mm×800 mm,钢筋网Φ6 mm,网格间距 100 mm×100 mm,喷浆厚度为 80 mm,采用 C20混凝土。施工顺序为:打锚杆,挂网,喷浆,如图1 所示。

图1 二次锚网喷施工剖面示意

3.2 硐室注浆堵水施工

由于鲁新矿井属于大水矿井,泵房局部有淋水,影响泵房设备的安装与使用。在支护施工之后进行注浆堵水,提高安全技术措施。

在每个出水孔周围 1 m左右打 1～5个眼与裂隙打透(以出水为准),原出水孔用木楔缠绕麻绳堵水,新打的眼安装注浆管并配齐阀门,使用 SGB6-10型注浆泵对注浆管逐根进行注浆。若出水点周围打眼找不到导水裂隙时,可在出水点直接打眼注浆。在出水点周围注浆后仍不能封堵水或者堵水效果不理想时,在出水点直接打眼注浆。

注浆孔深度不小于 1.5 m,方向偏向出水侧与法线夹角不大于 30°。打安注浆管时,采用 7665型气腿式凿岩机配Φ32 mm柱齿钻头及Φ22 mm六棱中空钻杆凿眼后,将注浆管顶至孔底,尾部封口缠绕麻绳或用树脂药卷手工搅匀后封口止浆,止浆长度100 mm,外露长度 100 mm。注浆泵正常压力为 2 MPa。

根据鲁新矿井地质条件和施工要求,经过综合考虑最终采用水泥-水玻璃双液注浆法。普通水泥浆初凝时间比较长,严重影响到施工速度。而水泥-水玻璃浆液初凝时间短,虽然后期强度较低但足以满足工程需要。采用 P.O42.5普通硅酸盐水泥,水灰比(0.8～1)∶1,水玻璃浓度为 35°Be～40°Be,水玻璃与水泥浆体积比为 1∶1。

4 支护效果分析

二次锚网喷支护形式将充分发挥混凝土抗压、钢筋抗拉的材料优势,扬其所长,避其所短,最大程度发挥两种材料的支护性能。而双液注浆堵水提高了注浆效果,如图2所示。

图2 注浆堵水后效果

为分析支护效果,在水泵房硐室布设了一组巷道收敛变形观测点,对水泵房表面位移进行检测。从图3可以看出,总体变形量较小,且趋于稳定,说明取得了良好的支护效果。

图3 水泵房变形随时间变化曲线

锚网喷支护技术相比架设 U型钢棚和砌碹支护来说,具有成本低、易施工等特点,节约了大量投资,使工程施工进度大大加快。泵房注浆所选浆液根据出水点水量情况不同而不同,出水量较小的地方选取单液水泥浆,出水量较大的地方选用水泥-水玻璃双液浆,不仅保证了良好的注浆效果,也节省注浆成本。

5 结 论

通过对 +570 m水平主排水泵房采用导硐多台阶相向施工、三角施工、大水控制技术、支护方式由砌碹改为锚网喷二次支护等,减少排矸费用 48.2万元,节约混凝土费用 32.47万元;施工工期缩短 2个月以上,节约人工费 60万元;通过注浆堵水工艺,减少涌水 20 m3/h,年节约排水费用 31.5万元以上。该技术具有较高的推广应用价值,安全及社会效益显著。

[1] 何满潮.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].北京:科学出版社,2004.

[2] 邱忠华.大断面中央泵房施工实践[J].中国科技信息,2009,(13).

[3] 罗 曼.软岩巷道能量释放规律与适时支护研究[J].采矿技术,2007,(3):19-21.

[4] 张 强.大跨度软岩巷道的锚注修复[J].采矿技术,2009,(2):25-26.

2011-06-04)

王同吉(1967-),男,山东青州人,高级工程师,总工程师,从事采矿技术管理工作,Email:jscwtj2008@163.com。