采区大断面水仓施工工艺优化

李财隆

（晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司，山西 大同 037031）

1 概述

晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司三盘区西翼共计可采长度为680 m，共计布置8307、8309、8311、8312四个工作面，工作面东西走向布置。西翼采区主采煤层为山西组4#煤层，煤层平均厚度为3.5 m，平均倾角为4°，煤层硬度为f=2.7～3.7。山4#煤层为半亮型、暗淡型煤，块状，属复杂结构煤层，煤层中普遍含有1 层夹石。煤层顶底板岩性见表1。

表1 三盘区西翼4#煤层顶底板岩性表

为了满足西翼采区回采期间排放水需求，在采区内施工一个采区水仓，水仓设计容积为150 m3，采区水仓布置在西翼采区胶带大巷端头处。

2 采区水仓原施工工艺及问题分析

2.1 采区水仓原施工方案

（1）初步设计西翼盘区水仓布置在三盘区胶带大巷1200～1240 m 范围内，水仓为矩形断面，水仓沿4#煤层顶板布置，水仓设计长度为15 m，深度为5.0 m，水仓起底深度为2.0 m。水仓口采用三根长度为4.5 m 锚索吊棚进行锁口，水仓顶板采用锚杆（索）+W 型钢联合支护。

（2）水仓采用全断面爆破施工工艺，水仓施工时在盘区带式输送机上安装一部矿用隔爆型B-60P型耙岩机，水仓上断面施工完后，采用松动爆破施工工艺进行起底，起底后煤矸采用人工清理。

（3）水仓施工完后，为了蓄水时能够沉淀煤泥，水仓内施工一个沉淀池，在水仓中部施工一个挡水墙，挡水墙中部施工，高1.5 m，厚0.8 m，如图1。

图1 西翼采区水仓初步设计断面示意图（mm）

2.2 原水仓施工工艺主要存在的问题

（1）水仓围岩稳定性差。原采区水仓为矩形断面，水仓沿4#煤层顶板施工，而4#煤层直接顶为炭质泥岩，水仓采用一次性全断面施工时空顶面积大，顶板支护不能及时跟进很容易造成顶板断裂、破碎。同时，西翼采区水仓施工地点附近存在F7正断层，断层落差3.4 m，倾角52°，水仓采用一次性全断面施工时，很容易造成顶板垮落事故。

（2）施工效率低。原矩形水仓采用一次性全断面施工时施工长度大，水仓单茬掘进后煤矸运输难度大，而且顶板每排布置3 根长度为4.8 m“W”型钢带，支护难度大，导致水仓掘进效率低，每班掘进深度不足1.0 m，水仓施工周期达14 d。

（3）通风难度大。采区水仓采用矩形断面时，在后期施工过程中水仓内很容易出现窝风现象，易出现瓦斯积聚，水仓施工后需安装一套风流引射器进行通风，从而增加了水仓内机电设备安装数量。

3 采区水仓施工工艺优化

为解决传统矩形水仓在施工过程中存在的问题，提高水仓施工效率及安全系数，决定对西翼采区水仓施工工艺进行优化，采用环形水仓施工工艺[1-5]。

3.1 环形水仓设计

环形水仓布置在西翼采区胶带大巷尾部25 m处巷帮上，环形水仓施工时主要分为两部分，第一部分上部全断面掘进，第二部分下部起底施工。环形水仓两侧掘进深度为8.0 m，中部长度为4.0 m，上部施工断面规格为宽×高=5 m×2.5 m，起底深度为2.0 m，如图2。

3.2 环形水仓支护工艺

水仓顶板采用锚杆（索）+W 型钢带联合支护。为了防止F7 断层对水仓开口段影响，对水仓开口处采用锚索吊棚及组合锚索进行加固。

（1）顶板采用W 型钢带配合无纵筋螺纹钢锚杆联合支护。每排布置6 根锚杆，锚杆长度为2.5 m，直径为22 mm；W 型钢带长度为4.8 m，宽度为0.28 m，钢带上布置6 个锚杆支护孔，孔间距为0.9 m；锚杆布置排距为1.0 m。

（2）水仓顶板每施工两排锚杆布置一排单锚索，锚索采用7 股钢绞线，锚索长度为6.5 m，直径为17.8 mm，每排布置3 根锚索，锚索布置间距为1.8 m，锚索外露端安装一块长度及宽度为0.3 m拱形高预应力钢托板。

（3）为了防止水仓开口施工时受F7 断层以及爆破震动影响顶板垮落，决定对水仓开口处采取锚索吊棚、组合锚索进行加固支护。开口处共计施工两架锚索吊棚，吊棚长度为4.5 m，每架吊棚由3根长度为6.5 m 锚索以及1 根工字钢梁组成，锚索吊棚布置排距为1.0 m；水仓开口处共计布置两对组合锚索，第一对组合锚索布置在胶带大巷顶板距水仓开口1.0 m 处，第二对组合锚索布置在锚索吊棚后方1.0 m 处，每对组合锚索布置间距为2.5 m，如图2。

图2 西翼采区环形水仓顶板支护平面示意图（mm）

3.3 环形水仓施工工艺

（1）西翼采区环形水仓采用全断面爆破施工工艺，水仓分三段依次施工，即AB 段、BC 段、CD 段，如图3 所示。水仓施工前在盘区带式输送机上安装一部矿用隔爆型B-60P 型耙岩机（1#）进行出煤。

（2）在进行AB 段施工时，利用1#耙岩机与盘区带式输送机联合进行出煤。当AB 段施工长度为10 m，AB 段施工期间在胶带大巷上安装两台30 kW 局部通风机对水仓施工地点进行供风，并由地测科现场给线给定BC 段施工中线。

（3）BC 段施工前，在AB 段端头施工一个绞车硐室，然后在硐室内安装2#耙岩机。AB 段施工过程中利用1#、2#绞车联合进行出煤，BC 段施工长度为10 m。

（4）BC 段施工到位后，将1#耙岩机安装在CD 段开口位置，然后从胶带大巷开口施工CD 段，CD 段施工到位后与BC 段贯通。

（5）为了缩短环形水仓施工工期，当水仓AB段施工到位后，水仓下断面起底与上断面掘进交替施工，下断面起底深度为1.5 m，宽度为5.0 m，起底后采用耙岩机联合出煤。

（6）水仓断面施工到位后，为了达到有效的水仓沉淀效果，在BC 段两端各施工两堵堵水墙（1#、2#），堵水墙宽度为0.8 m，长度为5.0 m，其中1#堵水墙高度为1.3 m，2#堵水墙高度为1.0 m。

（7）为了便于排水设备安装以及水仓上方行人，在水仓两侧巷帮距顶板2.5 m 处对称施工一排“七字钩”钻孔，孔深为1.0 m，钻孔布置间距为2.0 m，钻孔施工完后安装七字钩，并在对称七字钩安装一根长度为5.0 m 工字钢梁。

（8）七字钩上所有钢梁铺设完后，在钢梁上方铺设一层长度为5.0 m、厚度为50 mm 木板，同时在环形水仓开口处砌筑水泵站台。

4 结语

（1）通过对西翼采区水仓设计优化，与传统的矩形水仓相比，环形水仓施工断面小，减少了水仓掘进工程量，提高了水仓容积，解决了矩形水仓后期出现窝风、瓦斯积聚等技术难题。

（2）采用环形水仓后，提高了顶板支护效果及支护效率。同时，环形水仓起底深度小，并采用多部耙岩机联合出煤，提高了水仓施工期间煤矸运输效率，缩短了水仓施工周期。

（3）矩形水仓由于一次性施工断面大，导致水仓顶板支护难度大、支护效率低，若支护不及时易造成顶板破碎垮落现象，而环形水仓采用孤岛煤柱进行围岩支撑，提高了水仓围岩整体稳定性，避免了因地质构造、施工工艺等影响导致顶板冒漏现象。