采區大斷面水倉施工工藝優化

李財隆

（晉能控股煤業集團雁崖煤業大同有限公司，山西 大同 037031）

1 概述

晉能控股煤業集團雁崖煤業大同有限公司三盤區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，屬復雜結構煤層，煤層中普遍含有1 層夾石。煤層頂底板巖性見表1。

表1 三盤區西翼4#煤層頂底板巖性表

為了滿足西翼采區回采期間排放水需求，在采區內施工一個采區水倉，水倉設計容積為150 m3，采區水倉布置在西翼采區膠帶大巷端頭處。

2 采區水倉原施工工藝及問題分析

2.1 采區水倉原施工方案

（1）初步設計西翼盤區水倉布置在三盤區膠帶大巷1200～1240 m 范圍內，水倉為矩形斷面，水倉沿4#煤層頂板布置，水倉設計長度為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 錨索吊棚進行鎖口，水倉頂板采用錨桿（索）+W 型鋼聯合支護。

（2）水倉采用全斷面爆破施工工藝，水倉施工時在盤區帶式輸送機上安裝一部礦用隔爆型B-60P型耙巖機，水倉上斷面施工完后，采用松動爆破施工工藝進行起底，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 西翼采區水倉初步設計斷面示意圖（mm）

2.2 原水倉施工工藝主要存在的問題

（1）水倉圍巖穩定性差。原采區水倉為矩形斷面，水倉沿4#煤層頂板施工，而4#煤層直接頂為炭質泥巖，水倉采用一次性全斷面施工時空頂面積大，頂板支護不能及時跟進很容易造成頂板斷裂、破碎。同時，西翼采區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，支護難度大，導致水倉掘進效率低，每班掘進深度不足1.0 m，水倉施工周期達14 d。

（3）通風難度大。采區水倉采用矩形斷面時，在后期施工過程中水倉內很容易出現窩風現象，易出現瓦斯積聚，水倉施工后需安裝一套風流引射器進行通風，從而增加了水倉內機電設備安裝數量。

3 采區水倉施工工藝優化

為解決傳統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，決定對西翼采區水倉施工工藝進行優化，采用環形水倉施工工藝[1-5]。

3.1 環形水倉設計

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

3.2 環形水倉支護工藝

水倉頂板采用錨桿（索）+W 型鋼帶聯合支護。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行加固。

（1）頂板采用W 型鋼帶配合無縱筋螺紋鋼錨桿聯合支護。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拱形高預應力鋼托板。

（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、組合錨索進行加固支護。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 西翼采區環形水倉頂板支護平面示意圖（mm）

3.3 環形水倉施工工藝

（1）西翼采區環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。水倉施工前在盤區帶式輸送機上安裝一部礦用隔爆型B-60P 型耙巖機（1#）進行出煤。

（2）在進行AB 段施工時，利用1#耙巖機與盤區帶式輸送機聯合進行出煤。當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 局部通風機對水倉施工地點進行供風，并由地測科現場給線給定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，然后在硐室內安裝2#耙巖機。AB 段施工過程中利用1#、2#絞車聯合進行出煤，BC 段施工長度為10 m。

（4）BC 段施工到位后，將1#耙巖機安裝在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）為了縮短環形水倉施工工期，當水倉AB段施工到位后，水倉下斷面起底與上斷面掘進交替施工，下斷面起底深度為1.5 m，寬度為5.0 m，起底后采用耙巖機聯合出煤。

（6）水倉斷面施工到位后，為了達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）為了便于排水設備安裝以及水倉上方行人，在水倉兩側巷幫距頂板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完后，在鋼梁上方鋪設一層長度為5.0 m、厚度為50 mm 木板，同時在環形水倉開口處砌筑水泵站臺。

4 結語

（1）通過對西翼采區水倉設計優化，與傳統的矩形水倉相比，環形水倉施工斷面小，減少了水倉掘進工程量，提高了水倉容積，解決了矩形水倉后期出現窩風、瓦斯積聚等技術難題。

（2）采用環形水倉后，提高了頂板支護效果及支護效率。同時，環形水倉起底深度小，并采用多部耙巖機聯合出煤，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，導致水倉頂板支護難度大、支護效率低，若支護不及時易造成頂板破碎垮落現象，而環形水倉采用孤島煤柱進行圍巖支撐，提高了水倉圍巖整體穩定性，避免了因地質構造、施工工藝等影響導致頂板冒漏現象。