复杂大断面硐室群施工技术在康城煤矿的应用

2014-01-28吕宏京

中国煤炭工业 2014年3期

文/吕宏京

文/吕宏京

冀中能源邯郸矿业集团康城煤矿是一个1958年投产的老矿井，地质条件复杂，资源枯竭。如何在产量不可能大幅提高的情况下实现老井挖潜，取得较好的经济效益，保证生产经营正常运行，是摆在企业面前的严峻课题。为了矿井的可持续发展，康城煤矿决定对-100m北翼下组煤地区进行开采，届时矿井涌水量将大幅增加，需新建一座潜水泵房增大矿井的排水能力，确保矿井生产安全。由于新建潜水泵房中泵房主硐室、吸水井硐室、吸水井、通风巷、配水巷集中布置，形成硐室群，且硐室断面较大、各硐室间距小，增加了硐室施工的难度。康城煤矿采用复杂大断面硐室群施工技术，保证了潜水泵房硐室安全快速施工，取得了较好的经济效益和社会效益，对于水文地质条件类似矿井具有广泛的推广应用前景。

一、硐室围岩条件

1.地质条件。掘进层位于4#煤火成岩侵入体至山青小煤三层底板细砂岩层。泵房主硐室及小井上部位于火成岩层内，吸水小井中下部位于山青小煤三层顶底板岩层。煤岩层产状较稳定，走向65°，倾向155°，倾角9°~11°。所穿岩层分别为粉砂岩：灰黑色，具水平层理，有碳质层理面，层厚2.45m；三青小煤三层：煤质较好，稳定性差，层厚一般为0.15m；细砂岩：灰色，以石英、长石为主，上部互层状，具碳质层理面，裂隙较发育，层厚5.88m。

2.水文条件。岩水在掘进-100m大巷期间已疏干，粉砂岩及砂岩层内有少量裂隙水，涌水量5~ 25m3/h。

二、施工顺序和施工组织

优化资源配置和科学合理地安排施工顺序，对于提高施工方案的科学化水平至关重要。潜水泵房采用复杂大断面硐室群施工技术，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顺序，交替作业。其次，上述施工完毕后，开始硐室之间通风巷的施工，采用规格1.5m×1.8m，速喷支护方式。第三，施工2#吸水小井和1#吸水小井，交替作业，到标高-99.6m时，开始小井之间配水巷的施工，采用规格1.8m× 2.2m，锚网喷支护方式。各硐室施工期间，根据设计要求，完成预留孔及预埋构件的留设和安装任务。采用“三八”作业方式，掘进采用炮掘。

三、施工方案

在复杂大断面硐室施工过程中，正台阶分层施工法可有效确保安全生产，并利于加快施工进度。康城煤矿新增潜水泵房最小断面积约27．72m2，最大断面积为187.5m2，属于大断面硐室，符合正台阶分层施工法的技术要求。

1.泵房主硐室的施工方案

根据设计要求，泵房主硐室需在原小断面巷道的基础上进行施工。原巷道净断面规格为3.6m× 3.2m，速喷支护；泵房主硐室设计掘进断面规格5.8m×6.9m，长度33．3m。针对泵房主硐室高6.9m的实际情况，为了便于施工，将整个硐室分为上下两个分层，上分层工作面超前施工，高度为3.8m，下分层工作面滞后施工，高度为3.1m，上分层超前距设计为3m。施工时，需对原巷道调顶、扩帮，并利用爆破后崩落的岩石将原巷道填至一定高度，便于上分层施工时施工人员进行蹬碴作业。上分层工作面爆破后，剩余矸石由人工清理到下分层工作面。上下分层工作面矸石采用耙斗装岩机装1吨罐车外运。装岩机距头6~25m。

2.吸水小井硐室施工方案

两个吸水小井硐室掘进规格6.1m×5．2m，掘进长度8.4m，吸水小井硐室高度达到5.2m。因长度较短，可将整个硐室分为上下两个分层施工，先施工上分层工作面，高度为3.2m，一次施工长度8.4m；后施工下分层工作面，高度为2m，一次施工长度8.4m。施工时，爆破后崩落的岩石留够高度，便于施工人员可蹬碴作业完成上分层工作面施工任务。下分层工作面施工由外向里逐步进行达到规定长度。装岩机安装在距吸水小井硐室口以外6m处，上下分层工作面迎头出碴时配合使用导向轮，耙斗可直接将工作面迎头碴耙出到泵房主硐室内，使用装岩机完成运装任务。

3.吸水小井施工

吸水小井位于泵房主硐室底板水平以下，开挖长度11.3m，宽度5.3m，深度9.8m。吸水小井施工前，内、外水仓已掘进到吸水小井位置，水仓底板标高-99.6m，小井底部标高-103.2m，泵房主硐室底板标高-93.8m。鉴于小井掘进规格大、出碴困难及岩性等因素，可先在吸水小井硐室底板到水仓顶板（高差2.6m）打通一个直径为1.2m的排矸小井将二者贯通，吸水小井由上向下施工，便于吸水小井高度5.8m范围内的矸石利用人工均可以通过排矸小井运到水仓，并在水仓内安设装岩机装罐外运。此外，水仓底板至吸水小井4.0m高度范围内的矸石，也可以利用安设在水仓内的装岩机将大部分矸石装车外运，最大限度地节省了人力，加快了施工进度，以达到经济、高效的目的。

4.支护方案

根据矿山压力影响规律，施工人员分析一次支护后矿压观测图两帮和顶板位移变化曲线，认为一次支护后满2个循环进行二次支护施工，即可满足该巷道的施工要求。此外，为了保证泵房硐室施工质量和完成后能正常使用，并检验其选用的支护方式是否合理。施工人员采用收敛计、锚杆（索）拉力计、锚杆测力矩扳手、顶板离层指示仪、混凝土强度检测仪等仪器进行检测。数据表明，施工完成后15天内，最大累计变形量为5mm,随后硐室趋于稳定，该支护工艺能够满足施工要求。混凝土抗压强度均在200#以上，达到了设计要求。