破碎岩層中防水閘門硐室施工技術研究

一、礦井概況

山西焦煤霍州煤電集團公司白龍煤礦位於霍西煤田中部，采用平硐、斜井多水平綜合開拓方式，主要生產水平為 370m 。 370水平位於白龍井田的東北部，地麵位於白龍村以北後灣村.牛腰村以西，距柏木溝工區約 2.5Km ，東西寬約 1.3Km ，南北長約 2.6Km ，水平麵積約 3.26Km ²。 370水平東臨F₃₃斷層，南接四采區，西靠十采區，北止汾河最高洪水位線。開采煤層底板標高+210～+ 470m ，蓋山厚度240～350m，現開采370水平1#、2#煤層。由於1#、2#煤層受K2、K3、K4石灰岩和奧陶係石灰岩承壓水威脅，其靜水位標高＋ 520m 。預計370水平正常湧水量為 320m ³ /h，最大湧水量為 580m ³ /h，為防止煤層底板突水，實現370水平與455水平安全隔離，決定在標高為 373m 水平的車場，建造高壓防水閘門硐室。

二、工程概況

為了能滿足370水平風量需求，根據太原煤炭設計研究院提供的設計資料，白龍煤礦370水平防水閘門硐室設計為雙門硐室，斷麵為直牆半圓拱斷麵。采用錨網噴鋼梁砼聯合支護。選用雙扇加肋扁殼防水閘門。硐室需要最大承壓3.2MPa。硐室長度 10.0m ，淨寬 7.60m ，淨斷麵 37.11m ² ，最大掘進高度 6.313m ，掘進斷麵 54.66m ² 。掘進總體積 498m ³ ，澆注混凝土 320m ³ ，用工字鋼8.927t。

三、硐室位置的確定

防水閘門硐室應設置在岩性均一、質密、構造簡單、穩定的岩層中，同時，還要考慮便於水閘門封閉和管理。根據白龍煤礦實際情況，經研究論證，確定硐室設在370下部車場，距 370m 水平水倉入口 15m 。硐室頂部有 3m 高， 2m 長的的冒落段，砂岩裂隙發育、質軟易碎，圍岩極不穩定，給施工造成了很大的難度。

四、硐室擴刷施工

1、峒室施工技術方案

由於該硐室施工采用在原巷道上按照設計斷麵進行擴刷，硐室跨度大、高度較高，而且還處在冒落段安全性差，采用全斷麵一次性擴刷，既不利於施工的安全，又不利於硐室的支護，因此，選用科學、合理的施工技術方案成為該硐室在施工前的一個重要課題。經過研究論證，決定采用上、下台階（以操作平台為界），分兩個區段擴刷的方式施工，每個區段的長度依次為 3.5m 、 6.5m 。先刷頂部，再刷兩幫，最後由前向後按設計尺寸落底。這樣即保證了施工的安全，又有利於支護技術的實施和施工人員的操作。首先，采用光爆法施工第一個區段 3.5m 的上台階。在原巷道正頂開槽口，以槽口為中心向兩側逐次由上而下擴刷施工，施工 1m ，支護 1m ，嚴禁空頂作業。開槽口時，采用淺眼爆破法對原巷道的噴層進行刷擴，以保證減小對圍岩的震動。其次再施工下台階，下台階的施工相對容易，關鍵要掌握好中-腰線以及兩側的輪廓線。要做到不超挖、不欠挖，保證硐室四周幫壁的平直。施工時炮眼布置要按設計輪廓線布置，炮眼底距設計輪廓線 300mm ，淺打眼、放小炮，欠挖處用風鎬剔夠設計尺寸。經過上台階的施工，硐室第一區段的拱部、幫部已全部施工完。施工完的區段保證達到設計要求，支護齊全後。開始進行噴射混凝土封閉圍岩。最後起底，起底施工主要采用風鎬剔夠設計尺寸，用錨杆按間排距 800mm 對底板錨固，並及時用混凝土鋪底。第一區段的一次支護（臨時支護）全部結束後，開始立模、澆注混凝土（永久支護），待澆注好的混凝土凝固3—4天後，按第一區段的施工方式進行第二區段的施工。

在施工第二區段的硐室主體段時，由於頂部受k8砂岩水浸泡，裂隙發育，結構鬆散在施工中發生冒落，冒落平均高度 1.2m ，長度 6m ；為了保證工程質量，針對冒落段采用板梁配合鋼管進行構頂實施維護。然後用混凝土進行充填，達到了設計要求。

2、硐室支護參數

（1）一次支護（臨時支護）

一次支護采用錨網噴支護，錨杆規格為Ф 20mm × 2500mm 螺紋鋼錨杆，錨杆間排距為 800 mm × 800mm ，錨杆墊片用 10mm 厚的配套墊片，速凝樹脂錨固劑固定。掛 1500mm × 850mm 鋼筋網，金屬網材料用Ф6.5冷拔鋼筋製作，網格： 100mm × 100mm ，金屬網搭接長度 100mm ，每隔一網格用雙股14#鐵絲綁紮牢固，擰緊錨杆托盤，使之緊貼岩麵，錨杆初錨力≥182N·M。為防止圍岩風化和加固圍岩，硐室施工采用一掘一噴作業方式，初噴混凝土厚20～30mm，複噴混凝土厚 150mm 。

（2）永久支護

永久支護采用鋼梁砼支護，壁厚 500mm ，混凝土標號為C₃₀，鋼梁采用 20a "工"字鋼，鋼梁搭接處用電焊焊死。

五、門框、管路的固定及工字鋼焊接

在硐室主體段澆注混凝土前，先把解體下井的門框組裝好，用導鏈吊起，找正、墊平，朝順水方向後傾1°就位，再將門框用錨杆與圍岩聯成一體，和工字鋼固定。然後，安裝排水管和其他預埋管，各預埋管均每隔 1m 焊上防滑角鋼，使各種管路和門框及四角的工字鋼聯成一體。由於焊接工字鋼工作量大，井下受空間限製不易操作，故把所有鋼梁（配筋）解體，先在地麵焊切，編號下井，對號入座聯成一體。

六、峒室澆注混凝土

為了使混凝土配比合理，按C₃₀混凝土配製了不同配比的5組試塊，經試壓後，選取最佳配比。為了增加混凝土的強度、密實，使用機械振動棒搗固。各段由下向上依次連續澆注。隨澆注混凝土，隨預埋注漿管和測壓管。當門框、排水管及底部工字鋼聯好後，用清水衝刷圍岩表麵，清除浮碴，排淨底板積水，自下而上澆注混凝土，並使用機械振動棒搗固。硐室底部澆注完混凝土後，立模、接工字鋼。模板用厚 100mm 木板和鋼模分塊製成，對號組裝，按中、腰線對正、找平，輔立柱和撐木固定牢。為了保證連續澆注混凝土，采用機械攪拌、送料。為防止分段後混凝土向下流動，用臨時模板阻隔，直到拱頂，避免出現水平接茬麵。當立模、接鋼梁和安裝管路不能連續澆注時，在接茬麵上按間、排距 800mm 插上φ 16mm 、長 1m 的螺紋鋼，並把混凝土麵鑿出新茬，用高壓水衝洗幹淨，再澆注混凝土並指派專人振搗。澆注好的混凝土待拆模後，每天灑水6次，養護28d。其結果均能滿足設計要求。

白龍煤礦370水平雙門高壓防水閘門硐室施工斷麵大，開鑿岩石立方量多，施工難度大，給硐室施工帶來了一定的困難。但是在施工過程中采取了科學合理的施工技術方案，取得了很好的效果。現這項技術在集團公司內多個礦區防治水方麵得到推廣應用，避免了許多水害對礦井安全生產的威脅，創造了良好的經濟和社會效益。並取得成功，這對防止礦井突水造成淹井02manbetx.com ，保障礦井安全生產而不受水患威脅發揮了重要作用，同時也標誌著我礦在煤礦井下防治水技術方麵有了新的突破。