盐井二矿水仓优化设计与施工

陶金

【摘要】 本文以盐井二矿-150m水平井底车场水仓为例，通过分析其围岩层位、性质，经过技术经济比较，并结合现场实际，进行巷道优化设计，调整设计方案，该方案在满足规范要求及安全使用前提下，既加快了施工进度，又节约了投资，取得了较好的经济效益。

【关键词】 水仓、优化设计、灰岩溶蚀带。

1 引 言

水仓是矿井排水系统的重要工程，其布置方式的合理性、布置层位的稳定性以及容量的大小严重影响着矿井的安全。盐井二矿-150m水平井底水仓起初按照重庆一三六地质队提供的资料设计，但在内水仓施工过程中发现地质条件发生变化，水仓所处层位围岩破碎并夹杂黄泥，严重影响了巷道掘进及永久使用，为避免外水仓受此影响，需要对外水仓进行优化设计。

2 矿井概况

盐井二矿隶属于重庆天弘矿业有限责任公司，位于沥鼻峡煤田盐井矿区南部，北与盐井一矿相邻，为合川市盐井街道所辖，井田南北走向长约5.1km，东西平均宽约0.791km，面积约4.0453km2。

本矿采用主斜井-副立井的综合开拓方式，共划分两个水平，一水平为-150m水平，二水平为-350m水平。盐井二矿为煤与瓦斯突出矿井，水文地质类型为中等，-150m水平正常涌水量为6556m3/d，最大涌水量21504m3/d，井底车场设内、外水仓各1条。

3 水仓设计与施工情况

盐井二矿为在建矿井，我公司于2010年10月对盐井二矿-150m水平井底水仓进行了施工图设计，设计采用内外水仓的形式，内外水仓各布置一条，位于嘉陵江茅口灰岩中，水仓断面设计为三心拱，支护方式为喷射混凝土，厚度50mm，断面内铺设轨道，便于检修。根据-150m水平的涌水量，设计水仓总长度590.2m，总容量4803m3，有效容量4000m3，矿井于2011年初开始施工。水仓布置平面图见图3-1，水仓主要参数见表3-1。

4 外水仓优化设计

4.1优化设计的必要性

根据施工安排，内水仓先于外水仓施工。起初，内水仓在施工过程中一切正常，巷道施工层位也符合预期，全部位于嘉陵江灰岩中。但当内水仓巷道施工至K0+86m时，巷道岩性发生变化，围岩变得破碎，并夹杂黄泥，由于岩性的变化，内水仓施工速度大大降低，巷道施工过程中顶板安全威胁加大。

为了准确的探明地质构造，矿方利用现有地质资料，根据施工中曾经遇到过的构造情况，采用计算机分析软件建立区域三维地质模型、合成大量钻孔参数的方法，基本推断该构造为"灰岩溶蚀带"，并绘制出灰岩溶蚀带区域平面图，见图4-1-1。

从平面图可以看出，"灰岩溶蚀带"对矿井-150m水平内外水仓均有影响，但是对外水仓影响巨大。内水仓从K0+86m进入"灰岩溶蚀带"地层后，直到巷道施工结束，将受"灰岩溶蚀带"破碎区域影响，考虑到内水仓大部分已形成，若重新选择位置施工，则浪费投资，若改变布置方案，水仓长度及容量也会减少，所以，经研究决定，内水仓加强支护方式，仍按原设计继续施工。而对于外水仓，预计从K0+111m将进入"灰岩溶蚀带"破碎区域，从K0+127m将进入"灰岩溶蚀带"严重破碎区域，至整个巷道结束都将受到不同程度影响，影响长度240m。显然，-150m水平外水仓若采用原设计继续施工，则技术上不可行、经济上不合理、安全上不可靠，故有必要对-150m水平外水仓进行优化设计。

图4-1-1 灰岩溶蚀带区域平面图

4.2可能布置区域分析

同样，根据上述分析"灰岩溶蚀带"区域位置时建立的三维地质模型，在合成-150m水平轨道石门及井底车场钻孔参数后，矿方绘制了-150m水平外水仓可能布置的区域图，见图4-2-1，矩形阴影部分为合理布置区域，其全部位于嘉陵江灰岩内，长约250m，宽约119m，面积约29750㎡。

图4-2-1 可能布置的区域

4.3 方案比选

从图4-2-1可知，可布置区域范围相对较小，由于-150m水平水泵房已形成，换言之，即外水仓的一端位置已固定，同时，考虑到水仓的长度、容量、可放炮施工位置以及铺轨等因素，综合分析，设计提出了两个方案进行比选：

方案一：外水仓仍按原设计施工，过破碎带采用"锚网+钢拱架+喷射混凝土"的方式加强支护。

方案二：外水仓重新选址，优化设计，拟在井底车场左侧-150m水平轨道石门KO+94m处开口施工外水仓，水仓入口通道与轨道石门夹角50°，联络巷施工20m后经29°转弯施工清理斜巷，再经过两次90°转弯最终与配水井连接。设计注意到，由于可布置区域范围较小，水仓长度受限，如果外水仓沿用原设计断面，将达不到设计容积，故考虑采取减小水仓长度，增大水仓断面的方式保证水仓容积。调整后，断面由三心拱变更为半圆拱，净面积由7.3㎡变更为9.1㎡。

优化设计后，外水仓布置位置详见图4-3-1，外水仓主要设计参数详见表4-3-1。

5 综合效果对比分析

5.1施工成本对比分析

施工成本主要包括掘进成本和支护成本，两个方案外水仓参数对比见下表。

从表中可以看出，方案二外水仓优化设计后，长度减少了62.2m，但掘进断面积增加了2.1㎡，参考施工单位工程报价，方案一原设计断面综合掘进单价按5500元/m计算，方案二优化后断面综合掘进单价按6000元/m计算。

此外，方案一中，外水仓有240m受"灰岩溶蚀带"影响，需要加强支护，参考内水仓过"灰岩溶蚀带"的支护方式，设计采用"锚网+钢拱架+喷射混凝土"加强支护，方案一还需计算这240m巷道的加强支护成本。加强支护成本如下：

根据上述分析，方案一外水仓施工费用=348.2×5500+8661.9×240=399.4万，方案二外水仓施工费用=286.0×6000=171.6万，方案二比方案一节省投资227.8万，方案二优势明显，且水仓作为特殊功用巷道，布置在坚硬的灰岩中减少了后期巷道维护费用。

5.2 掘进速度对比分析

根据现场实际情况，内水仓在"灰岩溶蚀带"掘进过程中，由于既要兼顾安全，还要采取加强支护措施，巷道只能采取"一掘一支"，巷道施工进度极其缓慢，综合进度只有40m/月；如果巷道在全灰岩中掘进，月进度能达到80m/月。

从表中我们可以清楚的看到，方案二，优化设计后，巷道有效避开"灰岩溶蚀带"影响，巷道掘进时间比方案一缩短了3.8个月。

5.3 安全效果对比分析

方案一，若按原设计施工，水仓放炮后，受"灰岩溶蚀带"地质构造影响，巷道自稳能力极差，巷道变形较快，且"灰岩溶蚀带"中富含黄泥等遇水膨胀物，容易发生局部垮塌，顶板安全威胁极大，现场施工工人心理负担极大。

方案二，优化设计后，外水仓全部布置在普式系数f=7～10的坚硬灰岩中，围岩完整，顶板安全威胁较小，安全效果更好。

因此，方案二比方案一安全效果更好。

5.4 施工难度对比分析

"灰岩溶蚀带"由于富含裂隙水，现场积水严重，且无法砌筑水沟，碛头积水不能排除，现场施工工人小腿以下均泡入泥浆中施工，施工环境极差；而且受黄泥影响，部分地段无法使用耙渣机出矸，完全靠人工出矸，工人劳动强度极大，工作效率极低。水仓巷道设计采用C15混凝土铺底。在实际施工过程中，由于底板受水浸泡变得松软，无法进行铺底。

而方案二，优化设计后，巷道全部進入灰岩内施工，底板基本无积水，工人作业条件得到了极大的改善，而且可全部使用爬渣机出矸，提高了工作效率，底板铺底作业也更容易，施工难度大大减低。

因此，方案二比方案一更容易施工。

6 结论

通过上述几个方面的分析对比，最终选择方案二作为外水仓的布置方式。

盐井二矿-150m水平水仓工程于2013年6月全部完成，至今已使用2年多，从现场使用效果来看，外水仓的优化设计是成功的，避免了潜在的安全威胁，降低了施工难度，加快了施工进度，节约了施工成本，创造了较大的经济利益。

7 结束语

对于采矿专业井巷工程设计，由于矿井地质条件复杂多变，所以，设计人员应该多思考，充分结合现场条件，灵活设计，并且不断优化方案，为煤矿创造效益。