復雜條件下大斷面水倉施工方案優化

馬明星

（大同煤礦集團虎龍溝煤礦，山西 懷仁 038300）

1 概述

大同煤礦集團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，煤層發育不穩定，且結構復雜，含夾石（9～12層）及火成巖。煤層直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為3.8m，巖體承載能力差，不穩定，受采動影響易破碎；基本頂主要以砂質泥巖為主，巖體裂隙發育，孔隙大，平均厚度為12.4m。根據鉆孔顯示，3～5#煤層頂部巖體含有裂隙含水層，對井田采掘施工具有一定影響。

為了滿足盤區采掘施工時的排水需求，需在東盤區皮帶延伸巷端部施工一個盤區水倉。如圖1所示，設計水倉為矩形斷面規格，長度為20m，水倉上部斷面規格為長×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倉體，在清水池內安裝兩臺45kW潛水泵對水倉進行排水。

圖1 東盤區水倉平面布置示意圖

2 原水倉施工技術難題

根據礦地測科提供資料顯示，水倉施工地點位于大斷層帶附近，且水倉斷面大，造成水倉施工難度大，效率低，存在很多施工難題如頂板維護、水倉內瓦斯排放等。

（1）頂煤難以預留。原設計中水倉施工時需預留頂煤厚度為9.0m，而水倉開口位置位于F11斷層帶附近，F11斷層落差大，受斷層應力影響，水倉施工時頂板壓力大，頂煤難以預留，很容易發生頂板大面積冒頂現象。

（2）水倉頂板支護難度大，支護成本高。由于原設計水倉長度為20m，寬度為5.0m，受構造應力影響水倉頂板破碎嚴重，支護難度大，采用單一錨桿、錨索支護不能滿足施工要求，需對頂板破碎區進行注漿支護，同時頂板永久支護施工后需架設工字鋼棚進行加強維護，加大了水倉施工支護成本費用。

（3）通風不良，瓦斯集聚現象嚴重。采用原水倉施工設計時，水倉內出現通風不良、窩風現象，受斷層裂隙帶富含的瓦斯影響，水倉施工后裂隙帶瓦斯涌入水倉內，水倉內易出現瓦斯集聚現象，需安裝風流引射器進行局部排瓦斯，加大了設備安裝數量，不利于水倉內機電設備安裝。

3 東盤區水倉施工優化設計

為了保證水倉施工安全，決定對原水倉設計進行優化，提出了環形水倉施工方案。

（1）為了避免F11斷層帶影響，環形水倉開口位置距斷層帶間距為5.0m，水倉上部斷面規格為寬×高=5.0×3.5m，下部起底深度為2.5m。

（2）環形水倉設計長度為26m，施工時共計分為三段。水倉AB段長度為8.0m，垂直皮帶巷巷幫煤柱，施工到位后按設計拐彎施工BC段，設計長度為10.0m，到位后施工CD段，設計長度為8.0m，從皮帶延伸巷開口，到位后與BC段貫通，如圖2所示。

（3）環形水倉采用爆破施工工藝，采用防爆型專用耙巖機及SSJ-800型膠帶輸送機聯合出煤，輸送機機頭處搭接皮帶巷膠帶輸送機，機尾安裝在AB段開口處。AB段施工時在輸送機機尾處安裝一部耙巖機進行出煤，施工BC段時在拐彎處再安裝一部耙巖機進行聯合出煤，施工CD段時將輸送機機尾延伸至CD段開口處，采用耙巖機聯合出煤，與AB段出煤工序相同。

（4）環形水倉頂板采用錨桿、錨索、“JW”型鋼帶聯合支護。鋼帶長度為4.8m，每根鋼帶配套6根長度為2.5m無縱筋螺紋鋼錨桿，錨索長度為8.0m，每排施工3根，錨索間排距為2.0m。為了防止水倉中部孤島煤柱破碎垮落，護幫施工完后，對孤島煤柱采取注漿加固。

（5）環形水倉倉體施工完后，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。兩道墻體將水倉分隔為污水池、沉淀池以及清水池。

（6）為了便于水倉日常維護及水位觀察，在水倉頂板往下3.5m處每1.5m施工一組30mm棚環，并在同一組棚環上吊掛一根長度為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長度為3.0m木板。

（7）為了防止煤體氧化以及通風不良出現水倉有害氣體集聚，采用混凝土噴漿對水倉幫部煤體進行隔絕處理，噴漿厚度不得低于0.1m。同時在皮帶延伸巷內水倉中部施工兩道通風調節風窗，使風流從環形水倉內流動，排除水倉內有害氣體。

圖2 東盤區環形水倉平、剖面示意圖

4 結束語

（1）環形水倉施工有效提高了水倉容積，解決了因矩形斷面水倉窩風現象嚴重、導致水倉內瓦斯等有害氣體集聚的技術難題，減少水倉內機電設備安裝數量。

（2）矩形斷面水倉施工時開口側需支設工字鋼棚對頂板進行支撐，而環形水倉可利用孤島煤柱對頂板有效支撐，減少了水倉支護成本費用，提高了水倉頂板穩定性。

（3）與傳統矩形斷面水倉相比，東盤區環形水倉減小了F11斷層對水倉施工的影響，避免了水倉施工時頂板破碎、局部冒頂現象，同時對水倉進行噴漿處理，減小了水倉四周煤體風化作用。